NaCl胁迫对5种植物生理光合特性影响的比较研究

戴 伟，胡振阳，王 刚，路秉翰，谭广文*

(1.广州普邦园林股份有限公司，广东 广州 510600；2.仲恺农业工程学院 园艺园林学院，广东 广州 510225)

盐碱地是一种常见的盐类集积土壤种类，据统计，全球受到盐渍化危害的土壤面积达950万km2，且受盐碱影响的土地面积每年仍在不断上升[1]。华南滨海地区因其蒸发量大、台风频发、海岸线漫长等自然环境因素，相对集中分布大面积的盐碱地。我国华南地区园林绿化建设发展早、势头足，滨海地区凭其优越的地理环境和旅游资源，其园林建设受到越来越多行业专家和社会公众的关注。与此同时，脆弱的生态环境特别是土壤的盐渍化却一直是该地区绿化建设的一大阻碍。目前，国内对植物应对盐胁迫的生理响应等相关研究较多，但研究对象多为林木、草本花卉或粮油作物[2-4]，对常用园林植物的耐盐性理论研究主要集中在梭梭(Haloxylonammodendron)[5-6]等西北地区土壤沙化防治绿化品种上，对南方滨海地区常用绿化植物的研究相对较少。郑欣颖等[7]研究发现红背桂(Excoecariacochinchinensis)等植物在0～100 mmol/kg浓度盐胁迫下的叶绿素含量、脯氨酸含量等指标先降后升，MDA含量逐渐上升。王治钞[8]研究发现剑叶金鸡菊(Coreopsislanceolata)、宿根天人菊(Gaillardiaaristata)等园林植物的叶绿素含量等生理指标在盐胁迫下发生了显著变化，并对不同园林植物的耐盐性进行了比较分析。杜丽娟等[9]对黄杨(Buxussinica)等植物在136 mmol/kg浓度以下盐胁迫下的生理变化研究发现，植株叶绿素含量随着盐胁迫浓度的增加而逐渐下降。

夹竹桃(Thevetiaperuviana)、海桐(Pittosporumtobira)、花叶假连翘(Durantarepens)、朱槿(Hibiscusrosa-sinensis)以及蔓马缨丹(Lantanamontevidensis)等绿化植物景观绿化效果较好，可观叶观花，四季常青，在我国园林绿化中使用频率相对较高。本研究通过盆栽试验对上述5种植物在不同盐胁迫处理下叶片的光响应曲线、叶绿素含量(Chl)、丙二醛(MDA)含量、相对电导率、脯氨酸含量等生理指标进行测定，探讨了该5种植物对土壤盐分胁迫的生理响应变化，比较了5种植物的耐盐性，为其在滨海地区绿化建设和生态修复中的推广应用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料选择及处理

在广州市白云区竹料镇花卉基地的农用大棚中开展盆栽法盐胁迫试验。试验材料为购于岭南芳村花卉市场的一年实生苗。2017年10月上盆，每盆1株，种植基质由泥炭土、塘泥和珍珠岩按照4∶2∶1比例混合配置。缓苗半个月后，每种植物选择长势基本一致的9株试验苗进行盐胁迫处理。

相关研究调查深圳、泉州、涠洲岛以及海南等地海岸线共91种耐盐绿化植物，发现其中58%的品种耐盐程度在100 mmol/kg(6‰)以下，93%的品种耐盐程度在300 mmol/kg(12‰)以下[10]。据此，每组根据盆土重量分别均匀地一次性淋入100 mmol/kg(处理S1)和300 mmol/kg(处理S2)浓度的NaCl试剂，以未添加NaCl试剂为对照(CK)，其中NaCl浓度(mmol/kg)=NaCl质量(mmol)/盆土干质量(kg)×100%。为防止施盐后因灌溉等原因造成土壤中盐分流失，试验过程中在种植钵下加设底盘，以便于将土壤渗漏的灌溉水及时返还种植钵中，确保种植土中的盐分含量不变。

1.2 测定指标及方法

试验开始第40天时测定植株的光响应曲线，试验开始第20天和第40天依次测定植株的叶绿素含量等生理指标。每种处理各取3株样本，每株选取第4～7位叶序中的3片功能叶挂牌标记，每个样本指标数据进行3次重复测量。

采用LI-6400便携式光合仪(LI-Cor，Inc，美国)测定5种植物在不同处理下的光响应曲线。仪器采用开放式气路，将PAR自低到高设为0、30、50、100、200、400、600、800、1000、1200、1400、1600 μmol/(m2·s)，叶温25 ℃，相对湿度60%，外界CO2浓度(Ca)为360 μmol/(m2·s)[11]。采集功能叶片后，立即用丙酮法测得植株叶片的叶绿素含量，用硫代巴比妥酸法测得植株叶片的MDA含量，用DDS-307型电导率仪测得植株叶片的相对电导率，用酸性茚三酮法测定其脯氨酸含量[12]。

1.3 数据处理

关于植株光合速率对光合有效辐射(PAR)响应曲线，常见拟合数学模型包括改良直角双曲线模型和非直角双曲线模型等，经比较本研究采用非直角双曲线模型拟合获得植株的光响应特征参数，具体包括光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、最大净光合速率(Amax)和表观光合量子效率(AQE)[11]。

各处理随机选取3个样本进行测定，实验数据用平均值±标准误(SE)表示，采用WPS Office、IBM SPSS Statistics 22软件对试验数据进行统计分析和图表绘制，在单因素方差分析(one-way ANOVA)基础上采用新复极差法(Duncan’s)检验不同数据组间的差异显著性，P<0.05表示差异显著。

耐盐性采用隶属函数综合分析法进行综合评定，隶属函数利用极差法对各个指标进行标准化。

Xu1=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

Xu2=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中：Xu1、Xu2为隶属函数值；Xij为i植物的j指标的测定值；Xjmax为各植物的j指标的最大测定值；Xjmin为各植物j指标的最小测定值。若所测指标与植物的生长特性呈正相关，则采用公式(1)计算隶属函数值；若测试指标与植物的生长特性呈负相关，则用公式(2)计算隶属函数值。

2 结果和分析

2.1 NaCl胁迫对植株生长状况的影响

土壤中一定量的NaCl含量会对植株的生长发育产生直接的损害影响。在试验开始第20天和第40天时，CK组的5种植物均正常生长。在试验第20天时，夹竹桃、海桐和S1处理下的朱槿未出现明显的盐害反应。第40天时，5种植物均出现叶片焦黄卷缩等盐害表征且随着盐处理浓度的增加而加重；其中，S2处理下的夹竹桃生长势衰弱，在植株中下部出现黄叶，落叶量较CK和S1增多；S1处理下的花叶假连翘、蔓马缨丹以及S2处理下的海桐、朱槿均出现幼叶失绿泛黄、叶缘焦枯、叶片表面皱缩的情况；S2处理下花叶假连翘和蔓马缨丹出现整株大量叶片焦黄脱落、植株萎蔫甚至枯死现象。

2.2 NaCl胁迫对植株叶片叶绿素含量的影响

由图1、图2可知，在盐处理第20天时，随着盐处理浓度的增加，5种植物的叶绿素含量逐渐减少且在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)；其中，海桐在S2处理下的叶绿素含量较CK减少了19.53%，较其它植物减幅最小；花叶假连翘在S2下较CK减少了34.32%，较其它植物减幅最大。在盐处理第40天时，随着盐处理浓度的增加，5种植物的叶绿素含量均逐渐减少，且在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)。其中，夹竹桃在S2处理下的叶绿素含量较CK减少了39.37%，较其它植物减幅最小；花叶假连翘在S2下较CK减少了50.15%，较其它植物减幅最大。盐胁迫降低了植株叶片特别是花叶假连翘、蔓马缨丹和朱槿的叶绿素含量，破坏了叶片的叶绿体结构，而植株对光能的转化和吸收能力也随之减弱。

图1 第20天时不同NaCl浓度处理对5种植物叶绿素含量的影响情况(平均值±标准误)

图2 第40天时不同NaCl浓度处理对5种植物叶绿素含量的影响情况(平均值±标准误)

2.3 NaCl胁迫对植株叶片MDA含量的影响

由图3、图4可知，在盐处理第20天时，随着盐处理浓度的增加，5种植物的MDA含量有不同程度的增加且在S2处理下均较CK差异显著(P<0.05)。其中，夹竹桃的MDA含量在S2处理下较CK增加了67.92%，较其它植物增幅最小；花叶假连翘在S2下较CK增加了156.47%，较其它植物增幅最大。在盐处理第40天时，随着盐浓度的增加，5种植物的MDA含量均逐渐增加，在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)。其中，夹竹桃在S2处理下的MDA含量较CK增加了181.13%，较其它植物增幅最小，花叶假连翘在S2下较CK增加了537.65%，较其它植物增幅最大。随着盐分胁迫浓度的增加，MDA 含量呈升高的趋势，可能细胞膜受到了损伤。

图3 第20天时不同NaCl浓度处理对5种植物MDA含量的影响情况(平均值±标准误)

2.4 NaCl胁迫对植株叶片相对电导率的影响

由图5、图6可知，在盐处理第20天时，随着盐处理浓度的增加，5种植物的相对电导率逐渐增加且在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)。其中夹竹桃的相对电导率在S2处理下较CK增长了45.37%，较其它植物增幅最小；花叶假连翘在S2下较CK增加了107.30%，较其它植物增幅最大。在盐处理第40天时，随着盐浓度的增加，5种植物的相对电导率均逐渐增加且在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)。其中，夹竹桃的相对电导率在S2处理下较CK增加了57.61%，较其它植物增幅最小；花叶假连翘在S2下较CK增加了136.05%，较其它植物增幅最大。各植株相对电导率的明显增加，反映了植株的质膜受到伤害。

图4 第40天时不同NaCl浓度处理对5种植物MDA含量的影响情况(平均值±标准误)

图5 第20天时不同NaCl浓度处理对5种植物相对电导率的影响情况(平均值±标准误)

图6 第40天时不同NaCl浓度处理对5种植物相对电导率的影响情况(平均值±标准误)

2.5 NaCl胁迫对植株叶片脯氨酸含量的影响

由图7、图8可知，在盐处理第20天时，随着盐处理浓度的增加，5种植物的脯氨酸含量逐渐增加，在S2处理下较CK差异显著(P<0.05)。其中海桐的脯氨酸含量在S2较CK增长了310.81%，较其它植物增幅最小；花叶假连翘在S2下较CK增加了3821.43%，较其它植物增幅最大。在盐处理第40天时，随着盐浓度的增加，5种植物的脯氨酸含量均逐渐增加，在S2下较CK差异显著(P<0.05)。其中，夹竹桃的脯氨酸含量在S2处理下较CK增加了512.82%，较其它植物增幅最小；花叶假连翘在S2下较CK增加了4921.43%，较其它植物增幅最大。植株通过增加脯氨酸等渗透调节物质来缓解盐胁迫对植物的损伤。

图7 第20天时不同NaCl浓度处理对5种植物脯氨酸含量的影响情况(平均值±标准误)

图8 第40天时不同NaCl浓度处理对5种植物脯氨酸含量的影响情况(平均值±标准误)

2.6 NaCl胁迫对植株叶片光响应曲线的影响

对5种植物在不同盐胁迫处理下第40天的叶片净光合速率与有效光合辐射结果作散点图并拟合，实测值和拟合曲线见图9，光响应特征参数见表1。5种植物在不同处理下的净光合速率均随着光照强度的增加而迅速上升，对照组的增长速度明显高于S1、S2处理组。

由表1可知，海桐的LSP随着盐处理浓度的增加略有上升，其他植物的LSP随着盐处理浓度的增加均显著减少(P<0.05)，其中朱槿的减幅较其他植物最大。5种植物的LCP随着盐胁迫处理浓度的增加而逐步增加并在300 mmol/kg处理下均较CK差异显著(P<0.05)，其中蔓马缨丹的LCP较其他植物增幅最大。5种植物的Amax和AQE随着盐胁迫处理浓度的增加均逐步减少并在300 mmol/kg处理下均较CK差异显著(P<0.05)，其中蔓马缨丹的Amax和AQE均较其他植物增幅最大。

图9 不同盐浓度处理下5种植物的光响应曲线

表1 NaCl胁迫对5种植物光响应参数的影响

注：表中同一行数据后不同大写字母表示种间差异显著(P<0.05)；同一指标下同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

2.7 5种植物的耐盐性综合评价

随着NaCl处理浓度和胁迫天数的增加，植株受到盐胁迫时会发生一系列的生理生化应激变化，如若仅通过单一指标衡量植物的耐盐性会有失偏颇。本文对5种植物试剂浓度为300 mmol/kg的NaCl胁迫40 d时植株叶片的叶绿素含量等4种生理指标进行隶属函数分析。隶属函数平均值越大表明该品种耐盐性越好。由表2可知，5种植物的耐盐性由强到弱依次为：夹竹桃﹥海桐﹥朱槿﹥花叶假连翘﹥蔓马缨丹。

表2 5种植物的耐盐性指标隶属函数值及综合评价结果

注：Si代表8个指标的隶属函数平均值。

3 讨论

植物的生长尤其是其进行光合作用离不开叶片中的叶绿体，叶绿体也是对盐胁迫最敏感的细胞器[13]。叶绿素含量的规律性变化在一定程度上可以反映出在胁迫下植株个体生长时的受害情况及植物的抗逆性强弱，植物生理学中常将叶绿素含量视为衡量植物体受逆境伤害程度的一项重要参考依据[14]。本试验中，随着盐处理浓度的加重，同一胁迫时间时5种植物的叶绿素含量均有不同程度的减少，这与赵曼利等[15]对多品种油橄榄的耐盐生理研究结果一致。随着盐胁迫处理时间的延长，各处理下不同品种第40天时的叶绿素含量均较第20天时有所下降，花叶假连翘、蔓马缨丹和朱槿叶绿素含量随着盐处理浓度的增加其减幅明显大于夹竹桃和海桐。试验中的盐胁迫降低了植株特别是花叶假连翘、蔓马缨丹和朱槿的叶绿素含量，破坏了植株的叶绿体结构，从而减弱了植株进一步的光能转化和吸收，降低了植株光合效率。

自由基诱导的细胞膜脂质过氧化是胁迫所引起的细胞伤害的一种反应，叶片细胞的膜脂过氧化会产生大量的丙二醛(MDA)，而MDA的积累可破坏细胞和细胞膜，在生长上表现为萎蔫、脱落、新叶和新蔓生长极为缓慢，生理上表现为光合作用、蒸腾作用受到显著抑制；MDA含量的增加被认为是在逆境条件下细胞质膜系统受到了破坏[16]。本试验中，随着胁迫处理时间的延长，各盐浓度下不同品种第40天时的MDA含量均较第20天时有所增加。随着盐分胁迫天数的增加，MDA含量呈升高的趋势，这与对黄瓜的研究结果一致[17]，反映了细胞膜受到损伤，各植株都受到了不同程度的盐胁迫，而且其抗盐能力随着时间的延长而略有减弱。

植物膜系统的稳定性在很大程度上体现了植物的抗盐能力。盐胁迫增强了细胞膜透性，其功能受到损伤，细胞内的电解质外渗，相对电导率加大[18]。叶片质膜透性可以用植物组织的相对电导率来表示，是反映植物受到盐碱伤害和细胞膜是否稳定的一个重要生理指标[19]。盐胁迫往往会增加植株器官中的Na含量[20]。叶片相对电导率是植物细胞质膜透性的一个生理指标，在一定程度上可反映出盐胁迫条件下细胞质膜在盐胁迫下的受害程度。本试验中，胁迫第40天各植株较第20天时同一浓度处理下的相对电导率明显增加，植株的叶片相对电导率随时间的延长逐渐升高，而当盐处理浓度加大时增长变快，反映了植株的质膜受到伤害，这与於丽华[21]对甜菜Betavulgaris的研究结果一致。土壤盐胁迫下，夹竹桃、海桐和朱槿的相对电导率各处理间增幅较蔓马缨丹和花叶假连翘的增幅更小，反映了耐盐性差的品种电导率上升幅度比耐盐性强的品种大，夹竹桃、海桐和蔓马缨丹的耐盐性可能较朱槿和花叶假连翘更好。

在受到外界环境的盐胁迫时，脯氨酸作为一种渗透调节物质，受盐胁迫后在细胞内增加渗透势进而保护细胞蛋白质结构以及酶的活性[22]。本试验中，随着胁迫处理中盐浓度的增加，同一胁迫时间5种植物的脯氨酸含量均有相应的增加，阐明了脯氨酸是作为渗透调节物质的一种，通过其含量的增加来缓解和恢复盐胁迫对植物的损伤作用，这与周丽霞等[23]对油棕(Elaeisguineensis)的研究结果一致。其中，在300 mmol/kg浓度盐胁迫下，5种植物特别是花叶假连翘和蔓马缨丹的脯氨酸含量均有大幅上升，而第40天时夹竹桃各处理间脯氨酸含量增幅较第20天时的增幅与海桐等其它植物相比更小。这些反映了从脯氨酸含量角度来说，夹竹桃、海桐和朱槿的耐盐性能较蔓马缨丹和花叶假连翘可能更好，尤其是夹竹桃对盐胁迫处理在后期其自身可能具有一定的调节适应能力。

植物的生长发育离不开叶片的光合作用，光合能力的强弱对于植物生长及抗逆性都具有重要的影响[24]。植物的光响应曲线表达了光量子通量密度与植株净光合速率之间的关系，可以直观地反映植株在光合效率上对盐胁迫的响应情况[25]。净光合速率指标也可以反映植物在逆境下表观的光合能力[26]。试验中随着盐胁迫浓度的增加，5种植物净光合速率上升速率越来越小，净光合速率值逐渐降低，这与李树朋等对金银花(Lonicerajaponica)在盐胁迫下净光合速率的变化情况基本一致[27]。本研究中5种植物的LCP显著增加，Amax和AQE显著降低，可见植株随着盐处理浓度的增加，其受盐胁迫反应加重，这与王伟等对中山杉(Taxodiumdistichum×T.mucronatum)的研究结果相一致[28]。王珺等试验研究发现夹竹桃的光合速率在0.9%浓度盐胁迫下受到抑制后随着时间的延长有所恢复[29]。本试验中夹竹桃和海桐的LSP指标变化幅度明显小于其他植物，该指标表明夹竹桃和海桐较其他植物可能具有更好的耐盐性。

本试验对5种园林植物在盐胁迫下的最大净光合速率、叶绿素含量等多个衡量指标分别进行了比较研究，根据各指标的变化情况，其均在一定程度上表现了植物对盐胁迫的耐受反应。植物应对盐胁迫的反应机理是十分复杂的，综合评价往往比单一指标鉴定植物抗盐性更稳定，效率更高[30]。本研究综合8种光合生理指标，用隶属函数分析法综合评价了5种植物的耐盐性，得出5种植物耐盐性由强到弱依次为：夹竹桃>海桐>朱槿>花叶假连翘>蔓马缨丹。这对滨海地区的园林植物树种选择具有一定的参考意义。从耐盐角度考虑，夹竹桃、海桐在滨海地区对高盐的土壤生境具有一定的耐受性和自我恢复调节能力，而在园林建设和绿化配置中，朱槿、蔓马缨丹和花叶假连翘不建议用于土壤含盐量超过100 mmol/kg的滨海区域或对该类地区进行盐渍化土壤改良。