盐胁迫对黑果枸杞光合生理指标的影响

李远航，贺康宁，张 潭，张震中，尹宝丝，林 莎，王 莉

(北京林业大学水土保持学院，100083，北京)

柴达木盆地是我国土地盐碱化最严重的地区之一，尤其以次生盐渍化为主[1]。这不仅恶化土壤理化性质，影响植物生长发育，造成农作物经济林减产甚至绝收，而且损坏道路、水库等基础设施，阻碍生态环境的建设[2-4]；因此，次生盐渍化治理迫在眉睫。黑果枸杞为茄科枸杞属灌木，营养成分丰富，药用价值高，适应性较强，是柴达木地区主要的经济树种[5-7]。近些年来学者们主要对黑果枸杞的营养成分、微量元素、多糖和色素等方面进行了分析研究[8-9]，对于其生态效益，特别是抗逆性方面的研究较少。目前，在黑果枸杞的研究区域上，主要集中在宁夏等地，对柴达木地区的研究少之又少，特别是次生盐渍化严重的地区；因此，从植物生理学上研究黑果枸杞的抗逆性，探讨其耐盐机理是当务之急，对于提高柴达木盆地的生态和经济效益至关重要[10-12]，并为未来实现黑果枸杞的最大生态经济利用价值的研究目标指明方向[13]。在此基础上，本试验对黑果枸杞进行不同程度的盐分胁迫，研究盐胁迫下黑果枸杞幼苗生长生理指标的变化，揭示盐逆境条件下其生理变化的规律，为柴达木地区黑果枸杞的推广栽培提供理论依据和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2017年7月在青海省海西州都兰县境内的诺木洪农场育苗大棚中进行。试验材料为长势良好且生长均匀的1年生黑果枸杞幼苗，将幼苗栽植在上口径为36 cm，高为30 cm的塑料盆中，共计15盆。每个盆侧面的底部经过人工钻孔，并垫有纱网防止土壤外漏，每盆放入过2 mm筛、质量为10±0.05 kg(干土质量，田间持水量为22.93%)的经过淋洗和风干的当地土壤(pH质7.24，有机质质量分数41.8 g/kg)，在土壤中加入Hoagland营养液来维持植株的正常生长。

1.2 试验方法

将15盆植株分为5组，1组为对照组(CK)，其余4组按盐处理浓度50、100、200和400 mmol/L分别编号为T1、T2、T3和T4，作为盐胁迫试验，使用NaCl作为盐胁迫处理材料。在试验过程中为了防止因一次性加入过多盐分导致植株死亡，每天添加50 mmol/L盐溶液，直到达到预设浓度为止[14]。为保证盐分在土壤中均匀分布，先将盐溶于水，再用针管将盐溶液均匀打入土壤。根据前期的试验设计，确定适宜植株生长的土壤含水量为17.2%(田间持水量的75%)，每天试验完成后，用天平称质量，通过恒重法计算水分亏缺量，及时补水[15]。盐胁迫处理10 d后取样进行相关生长和生理指标的测定，每个指标做3个重复。

1.3 测定指标及方法

1) 生长指标。在胁迫开始前用米尺(精度0.01 m)测定枸杞幼苗顶端到地面的高度，读数3次，取平均值，全部指标测定完成后再用此方法测量株高，两者差值为株高增量[16]。

2) 光合生理指标。在胁迫处理完成10 d后，每盆选用3个叶片，做好标记，用Licor-6400便携式光合仪测定净光合速率(Pn)、胞间二氧化碳(Ci)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)。测定时间为08：00、10：00、12：00、14：00、16：00 和18：00。

使用英国Hanshatech公司的handy PEA便携式叶绿素荧光仪测定初始荧光(Fo)和最大荧光产量(Fm)。测定前先用叶夹进行遮光处理使叶片暗适应20 min后打开测量光，测量Fo，再打开饱和脉冲光测Fm，可变荧光产量Fv=Fm-Fo，依此获得最大光化学效率(Fv/Fm)。

指标测定完毕后，摘取标记叶片，采用丙酮提取法，通过分光光度计测定吸光值[17]，从而计算得到叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)含量和叶绿素总含量(Chl)。

1.4 数据处理方法

采用Origin2015进行绘图，SPSS19.0统计软件对数据进行方差分析，Duncan检验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对黑枸杞幼苗株高的影响

如图1所示，黑枸杞幼苗植株随着盐浓度的增加，株高增长量呈先增高再逐渐降低的趋势。在50 mmol/L的盐浓度处理下，株高增长量比CK高出1.93%，表现为一定的促进作用，变化不显著；在100～400 mmol/L的盐浓度下，株高增量较CK分别下降16.87%、24.19%、65.96%，表明高盐胁迫程度对黑果枸杞幼苗的株高增量有显著抑制作用(P<0.05)。

不同字母表示处理浓度间在0.05水平上存在显著差异，下同。 Different normal letters represent significant difference among different salt concentration at 0.05 level, the same as below.图1 盐胁迫下的黑枸杞株高变化Fig.1 Changes in the height increment of Lycium ruthenicum under salt stress

2.2 盐胁迫对黑枸杞幼苗光合特性的影响

2.2.1 光合色素质量分数 从表1可知，随盐浓度的增高，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均呈先增加后降低的趋势。当盐浓度为50 mmol/L时，3种色素含量均较对照组有所增加，结果不显著。当盐浓度为100、200和400 mmol/L时，3种色素含量较对照组显著下降，表明此盐浓度范围对叶绿素含量有显著的抑制作用。分析不同浓度下各指标含量与CK对比的变化率，可以发现，受盐胁迫影响，叶绿素b与类胡萝卜素含量的下降幅度均大于叶绿素a；在T4实验组中，植株受盐胁迫程度最大，3种色素均显著低于其他试验组(P<0.05)。

表1 盐胁迫下黑枸杞幼苗光合色素含量变化

注：负号代表下降，正号代表升高。Notes: The - sign represents the rate of decline，and the + sign represents the rate of increase.

2.2.2 叶绿素荧光参数 本试验通过测量Fo、Fm、和Fv/Fm来探究黑果枸杞的耐盐机理。如图2A所示：随盐浓度增加，Fo逐渐增高，0～200 mmol/L时各处理间变化不显著，400 mmol/L时，Fo显著升高；Fm随盐胁迫程度增大而降低，400 mmol/L时Fm显著降低，其他处理变化不显著。图2B显示：Fv/Fm呈现随盐浓度增高而降低的趋势，50 mmol/L时，Fv/Fm增大，结果不显著；100～400 mmol/L时Fv/Fm均降低，只有400 mmol/L时达到显著差异水平，其他处理不显著(P>0.05)。

图2 盐胁迫下的黑枸杞幼苗的叶绿素荧光产量变化Fig.2 Variations in chlorophyll fluorescence yield of Lycium ruthenicum seedling under salt stress

2.2.3 光合生理参数

1) 净光合速率Pn的日过程。图3A显示了黑果枸杞植株净光合速率的日变化，Pn呈随盐浓度增高先增后降的趋势。低盐浓度(50 mmol/L)的Pn较CK增高，经检验后结果不显著。高盐浓度(100～400 mmol/L)下，Pn受到不同程度的抑制作用，此时差异显著(P<0.05)。在不同时间段，受气象因子(水汽压差、温度、光照和湿度等)影响，Pn也不同，从08：00开始，各组的Pn开始上升，12：00时CK、T1和T2组的Pn达到最高，随着光强和温度的继续增强，植株发生光合午休现象，Pn逐渐下降，直到14：00时开始出现逐渐上升的趋势，第2个峰值出现在16：00，之后开始下降。从图中可以看出，在不同程度的盐胁迫下Pn基本都表现为双峰曲线。T3和T4组植株受盐胁迫影响较大，光合组织遭受一定损伤，导致植株提前达到光合午休，在10：00时达到峰值。在其他时间段内，各组的大体趋势较为相似，均是第1个峰值大于第2个峰值。

最大净光合速率表示植株的光合能力大小。随盐胁迫程度增加，最大光合速率呈现先增高后降低的趋势。其值分别为25.71、26.59、15.24、7.04、3.48 μmol/(m2·s)，T4条件下最大净光合速率较CK降低了86.92%，在50 mmol/L浓度下影响不显著，其他浓度下均起到显著的抑制效果。

2) 蒸腾速率Tr的日过程。观察图3B：Tr的日过程趋势类似于Pn，同为双峰曲线。CK、T1和T2组在12：00达到第1次峰值，在16：00出现第2个峰值。T3和T4受到盐胁迫伤害较大，10：00时第1次到达峰值，之后Tr值逐渐下降，在16：00达到第2次峰值。在盐浓度为50 mmol/L时，植株蒸腾速率有升高趋势，但结果不显著；当盐浓度超过50 mmol/L时，蒸腾速率显著下降。

3) 气孔导度Gs的日过程。气孔是叶片与外界进行气体交换的主要通道，在逆境条件下，气孔的调节可以最大限度降低水分蒸腾损失。通过分析图3C，可以发现：Gs的趋势大致相似于Pn和Tr，CK、T1和T2分别在12：00和16：00达到峰值；T3和T4受气象因子影响，在12：00时发生光合午休现象，多数气孔关闭，减少组织水的损失，分别在10：00与16：00达到峰值。

4) 胞间CO2浓度Ci的日过程。在光合生理研究领域中，Ci是判定影响光合作用的因素为气孔限制还是非气孔限制的重要参数，因此测定与分析Ci的变化成为研究光合作用的重要部分。如图3D，0～200 mmol/L时，Ci逐渐降低，在200 mmol/L时Ci开始增高。T4组的Ci最大值在18：00出现，其他均出现在08：00。

图3 盐胁迫下的黑枸杞幼苗的光合参数变化趋势Fig.3 Variations in photosynthetic parameters of Lycium ruthenicum seedling under salt stress

3 讨论

1)盐胁迫下的植株生长状况可以直观反映其耐盐性的强弱，本研究中，低盐胁迫(0～50 mmol/L)下对植株的株高增量有促进作用，其影响不显著，李永洁等[18]、王龙强等[19]对黑果枸杞耐盐性研究中均证明了此观点。可能是低浓度盐溶液在一定程度上加快了植物生长阶段的叶面积指数，从而增强了光能截获能力，利于植株的生长；随着胁迫程度加大，各生长指标逐渐减低，这与慕德宇[20]对白榆的耐盐机理研究的结论相一致，由于盐胁迫的增高，植株营养组织器官不能正常维持原有活动，还需要消耗更多的能量、有机物质和水分，光合速率变慢，加速植株衰老和代谢，抑制植株生长[21]。

2)光合色素含量的变化可以衡量植物的光合能力，同样会影响植株的光合作用。研究发现当盐浓度超过100 mmol/L时，叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素均显著低于对照组。低盐浓度(0～50 mmol/L)时，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量均高于对照组。武小靖等[22]认为3种色素含量增高的原因可能是Na+的吸收一定程度增高了叶绿素酶的活性，从而促进叶绿素的形成；随着盐浓度的增加，叶绿素的降解加剧，光能吸收效率下降，穆永光[23]对紫穂槐的研究中提出盐胁迫增大会造成叶绿体中的基粒片层和类囊体结构发生一定程度的损伤，最终导致叶绿素成分损失。分析叶绿素含量的变化率可以发现，各处理组的叶绿素b和类胡萝卜素含量下降幅度均大于叶绿素a，可能是由于叶绿素酶对叶绿素b和类胡萝卜素的降解能力较强，对叶绿素a的影响较小[24]。

3)朱峰等[25]研究表明健康植株的Fv/Fm基本保持在0.8～0.83之间，当Fv/Fm低于0.8时，说明盐分抑制了光合作用的电子传递和CO2同化，导致光合速率降低。本试验的结论表明：在不同程度的盐胁迫下，黑果枸杞的Fv/Fm出现波动，当胁迫程度增大时，Fv/Fm会显著下降，于文颖等[26]对玉米盐胁迫下叶绿素荧光特性变化研究时，同样发现这一规律，可能由于盐胁迫降低了电子转换率，使潜在活性受损，抑制了植株光合作用的原初反应，导致植株光化学效率降低。

4)盐胁迫同样会影响黑果枸杞幼苗的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度。本研究发现当盐浓度为0～100 mmol/L时，气孔限制是Ci值降低的主要因素；当盐浓度增高时，气孔调节能力下降，导致CO2在细胞间积累，Ci值显示出增大的现象，此时非气孔限制成为主要因素。可能由于盐胁迫会导致叶片中Na+和Cl-含量升高，从而降低叶片中K+含量，引起叶片失水，在植株响应机制的调节下，气孔关闭，降低Tr从而避免过多水分散失，导致Pn的下降；吴顺等[27]认为当盐浓度较高时，盐分刺激植株根系产生ABA等抑制物，从而降低了Gs；郑国琦等[28]提出随盐胁迫程度的增高，非气孔限制会代替气孔限制成为植株光合速率的主要因素，植株通过呼吸作用产生的CO2在细胞间积累而导致Ci的升高，本试验所得出的结论也与之一致。

4 结论

当盐浓度为50 mmol/L时，黑果枸杞幼苗植株的生长量、Pn、Tr、Gs和叶绿素含量均不同程度地增高，其变化不明显；高盐浓度(100～400 mmol/L)时，结果相反，表现出明显的抑制作用；400 mmol/L的盐浓度下，植株的Fv/Fm、Fm显著降低，Fo显著增高，其他处理组结果无明显变化；当盐浓度为0～100 mmol/L时，Ci逐渐降低，光合作用主要受气孔限制影响；当盐浓度为200 mmol/L时，Ci开始增加，此时非气孔限制为影响光合作用的主要作用。综上，黑果枸杞植株在低盐胁迫下(0～50 mmol/L)生长和生理指标变化不明显，主要受气孔限制的影响，具有一定的耐盐性；高盐胁迫(100～400 mmol/L)会导致植株的叶绿素含量下降、光化学效率降低，非气孔限制成为影响光合作用的主要因素。