不同醋栗品种对NaCl胁迫的光合生理响应比较分析

孙雅丽，褚奋飞，故丽米热·卡克什，巴哈尔古丽·阿尤甫，古丽江·许库尔汗

(新疆林业科学院，乌鲁木齐 830000)

0 引 言

【研究意义】醋栗(Gooseberry)为虎耳草科(Saxifragaceae)茶藨子亚科醋栗属(GrossulariaMill.)植物。其食用价值高，醋栗果实含有人体所需的18种氨基酸、VC、B1、B2以及铁、锡等矿物质，被国家确定为中药二类新药[1]。NaCl胁迫是危害农业区域的非生物因素之一，对植物生长和农作物产量有显著影响[2]。土壤盐含量高会抑制植物正常生长发育以及果实品质和产量。研究NaCl胁迫条件下醋栗的光合作用和生理机制，对醋栗耐盐品种选育具有重要意义。【前人研究进展】张鹍[3]、古丽江[4]的抗寒抗旱研究，孙晶[5]、张海旺[6]等的引种选育研究，李春晓[7]、刘凤芝[8]、齐云[9]的生长观测及栽培研究，孟凡丽[10]、李春晓[11]、杨鹤[12]的扦插育苗研究。【本研究切入点】目前关于NaCl胁迫下醋栗光合作用及生理机能影响研究的鲜见报道。研究不同浓度NaCl胁迫下醋栗叶片的光合指标及生理指标的影响差异。【拟解决的关键问题】测定醋栗植株在NaCl胁迫过程中的光合指标和生理指标，研究植株在不同程度NaCl胁迫下的生理变化趋势，为新疆不同地区选择适宜当地栽植的醋栗品种提供指标依据，为选择适用的肥料品种及确定合理的施肥量提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2018年10月8日进行苗木的栽植，地点在新疆林科院经济林研究所花园内平坦空地。

树种选用3种醋栗品种，均从黑龙江省尚志市引进，品种分别为2年生坠玉、彩虹和红灯笼。均选取2年生扦插苗，无病虫害、苗株生长旺盛、长势一致。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用盆栽方法，将醋栗3个品种苗定植于28 cm×32 cm具有出水孔的塑料花盆中，每盆栽1株。每个品种选用12株，共36株试验苗木。用土按森林土∶园土=4∶1的混合而成，每盆装土4.0 kg。用土的NaCl值含量为0.259%(2.59 g/kg)，使用浇水工具为1 L的饮用纯净水瓶，每个浓度配备1个专用瓶。

每盆使用4 kg的试验用土，放入有托盘的塑料花盆中，将试验用苗木依次栽入，共栽植60株，培养至2019年5月，选取苗木叶色及长势良好，各生长状态基本一致的36株进行试验。

施NaCl：在2019年7月4日、7月11日、7月18日、7月24日、7月31日分5次对苗木进行施NaCl试验，试验用土的NaCl含量为0.259%，以此为基础设置施盐浓度为0.2%(2 g/L)、0.4%(4 g/L)、0.6%(6 g/L)及不施NaCl的CK(2.59 g/kg)，共计4个梯度，每个梯度3个重复，每个品种共计12株。从盆口向下进行灌溉，灌溉量为每株1 L，灌溉后静置一会，然后将托盘中的渗出水再次灌入盆口，反复数次，直到盆托中无明显渗出水。通过水分的反复渗透和抽提，使NaCl尽可能被试验用苗所吸收。

1.2.2 测定指标

使用PP-Systems便携式光合测定仪(CIRAS-2)对叶片进行光合指标测定，测定指标为光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和细胞间隙CO2浓度(Ci)，测定方法为每7 d测定1次，共测5次，参数设置为H(湿度)：80%，Q(光强)：1 200 mol/(m2·s)。选取苗木新稍中部至中上部充分发育的一枚功能叶片为光合测定叶片。

运用模糊数学隶属函数公式X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)计算在4个梯度处理下光合指标Pn、Tr、Gs、Ci、WUE及生理指标可溶性糖、脯氨酸、电导率、丙二醛、叶绿素、SOD、POD、CAT的隶属函数值(式中，X为醋栗的光合、生理指标测定值，Xmin和Xmax分别为醋栗的光合、生理指标测定值最小值和最大值)，将不同NaCl胁迫下的隶属函数值累加求平均值，将1个品种的指标累加求平均值。

1.3 数据处理

用SPSS19.0统计软件进行Duncan氏方法的差异显著性分析，利用模糊数学隶属函数公式对试验数据进行定量转换及分析，并对3个品种醋栗的耐盐性进行综合评定。试验数据整理及图形编辑采用Microsoft Office 2007软件进行。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对不同醋栗品种叶片光合生理的响应

2.1.1 NaCl胁迫对醋栗光合速率(Pn)的影响

研究表明，随着NaCl胁迫的浓度增加，3个醋栗品种的净光合速率呈增高趋势。在0.2% NaCl胁迫下，坠玉和红灯笼与参照值(以下简称CK)呈下降趋势，只有彩虹是呈上升趋势，其中坠玉与CK对比具有显著差异(P≤0.05)，其余2个品种均不显著。在0.4%和6% NaCl胁迫下，除坠玉的Pn值下降，其余2个品种都是上升，其中只有坠玉与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。在6%NaCl胁迫时，彩虹的净光合速率最高，为4.53 μmol/(m2·s)，坠玉最低为2.90 μmol/(m2·s)。在与CK对比中除了坠玉是呈先下降后上升趋势，其他2个品种都是随着NaCl浓度的增加呈上升趋势。表1

2.1.2 NaCl胁迫对醋栗蒸腾速率(Tr)的影响

研究表明，在0.2%NaCl胁迫下，彩虹的Tr值在0.2%时小幅上升了38.05%，其他2个品种的Tr值呈下降趋势，其中坠玉下降率最大为54.82%，且其Tr值与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。在0.4% NaCl胁迫下，彩虹的Tr值对比CK仍呈上升趋势，其他2个品种持续下降。至0.6%NaCl时，彩虹仍上升，坠玉和红灯笼持续下降，其中坠玉的下降率最大为33.13%，且其Tr值与CK对比具有极显著差异(P≤0.01)，其余2个品种不显著。坠玉与红灯笼的Tr值均是先上升后下降，彩虹的Tr值是呈上升趋势，说明NaCl胁迫会导致植物的蒸腾速率减弱。表1

2.1.3 NaCl胁迫对醋栗气孔导度(Gs)的影响

研究表明，在0.2%NaCl胁迫下，坠玉的Gs值在0.2%时小幅下降了49.59%，其他2个品种的Gs值呈上升趋势，其中坠玉的Gs值与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。在0.4% NaCl胁迫下，红灯笼的Gs值对比CK仍呈上升趋势，其他2个品种持续下降。至0.6%NaCl时，3个品种的Gs值均下降，其中坠玉的下降率最大为54.86%，且其Gs值与CK对比具有极显著差异(P≤0.01)，其余2品种不显著。3个醋栗品种的叶片随着NaCl胁迫浓度增加，光合能力下降。表1

2.1.4 NaCl胁迫对醋栗细胞间隙CO2浓度(Ci)的影响

研究表明，从Ci值在0.2%、0.4%和0.6% NaCl与CK值对比，坠玉和红灯笼呈先升后降趋势，彩虹呈持续下降趋势。其中在0.2% NaCl胁迫下，坠玉和红灯笼分别上升了24.07%和18.98%，而且2个品种与CK对比具有极显著差异(P≤0.01)。在0.4% NaCl胁迫下，3个品种都呈下降趋势，其中彩虹下降率最高为23.57%，且它与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。在0.6% NaCl胁迫下，3个品种与0.4%NaCl胁迫对比均小幅上升，但是与CK对比均下降，其中彩虹和红灯笼与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。3个品种的Ci值均呈逐步下降趋势。表1

2.1.5 NaCl胁迫对醋栗水分利用率(WUE)的影响

研究表明，在0.2%NaCl胁迫下，彩虹与CK对比上升了36.57%，坠玉和红灯笼下降了30.43%和25.27%，3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.4% NaCl胁迫下，3个品种均小幅上升，其中红灯笼下降率最高为39.15%，3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.6% NaCl胁迫下，坠玉与CK对比小幅下降了5.28%，彩虹和红灯笼与CK对比上升了26.12%和21.71%。3个醋栗品种在NaCl胁迫下，随着NaCl浓度的增加，水分利用率增加。表1

2.2 NaCl胁迫对不同醋栗品种生理指标的影响

2.2.1 NaCl胁迫对醋栗可溶性糖含量的影响

研究表明，随着NaCl胁迫程度的加剧，坠玉和红灯笼的可溶性糖含量随着施NaCl浓度增加呈缓慢上升，彩虹的可溶性糖含量呈先升后降。在0.2%NaCl胁迫下，坠玉与CK比较下降了61.79%，且其可溶性糖含量与CK对比具有极显著差异(P≤0.01)，彩虹和红灯笼分别上升了12.95%和26.18%，2个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.4%NaCl胁迫下，彩虹与CK比较下降了4.13%，坠玉和红灯笼分别上升了126.89%和20.03%，坠玉与CK对比具有显著差异(P≤0.05)，其他2个品种均不显著。在0.6% NaCl胁迫下，除了彩虹下降，其他2个品种上升，其中坠玉上升幅度最大为80.19%，且坠玉和彩虹与CK对比具有显著差异(P≤0.05)。图1

2.2.2 NaCl胁迫对醋栗脯氨酸含量的影响

研究表明，随着NaCl浓度的提高，坠玉和彩虹的脯氨酸含量均逐渐增加，红灯笼脯氨酸含量逐渐减少。在0.2%NaCl胁迫下，坠玉和彩虹的脯氨酸含量小幅增加，2个品种与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)，红灯笼下降了31.26%，其与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.4%NaCl胁迫下，彩虹和红灯笼分别下降了33.92%和33.59%，坠玉上升了74.84%，3个品种与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)。在0.6% NaCl胁迫下，彩虹上升最多为39.92%。图1

2.2.3 NaCl胁迫对醋栗电导率的影响

研究表明，在0.2%NaCl胁迫下，坠玉的电导率小幅下降了23.20%，彩虹和红灯笼分别上升了8.01%和2.98%，2个品种与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)。在0.4%NaCl胁迫下，坠玉持续下降，彩虹和红灯笼仍处于上升趋势，其中红灯笼上升最多为85.12%，彩虹和红灯笼与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)。在0.6% NaCl胁迫下，彩虹上升了5.44%，坠玉和红灯笼分别下降了30.72%和11.06%。电导率随着NaCl胁迫的加剧而增高，结合3个醋栗品种的电导率变化，坠玉电导率不升反降，其耐盐能力较强。图1

2.2.4 NaCl胁迫对醋栗丙二醛含量的影响

研究表明，3个醋栗品种的丙二醛含量都随着NaCl胁迫加剧而下降，3个醋栗品种耐盐能力都较强。在0.2% NaCl胁迫下，红灯笼下降率最高为35.76%，且3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.4% NaCl胁迫下，彩虹下降率最高为55.86%。在0.6% NaCl胁迫下，红灯笼下降率最高为55.60%。3个醋栗品种在NaCl胁迫下丙二醛含量不增反降，其耐盐能力都较强。图1

2.2.5 NaCl胁迫对醋栗叶绿素含量的影响

研究表明，在0.2% NaCl胁迫下，坠玉和彩虹的叶绿素分别下降了2.36%和2.64%，红灯笼上升了28.59%。在0.4% NaCl胁迫下，坠玉持续下降了18.29%，彩虹和红灯笼呈上升趋势，分别上升了19.25%和16.12%。在0.6% NaCl胁迫下，3个品牌都呈上升趋势，其中坠玉上升最多为47.29%，3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。图1

2.2.6 NaCl胁迫对醋栗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

研究表明，在0.2% NaCl胁迫下，坠玉和彩虹SOD活性分别下降了86.50%和37.50%，且2个品种与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)，红灯笼上升了94.50%。在0.4% NaCl胁迫下，彩虹在0.2%下降后小幅上升了48.96%，坠玉和红灯笼则分别下降了21.78%和2.75%。在0.6% NaCl胁迫下，3个醋栗品种对比CK都呈下降趋势，其中坠玉下降最多为61.96%，3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。可得NaCl胁迫影响了醋栗SOD活性，随着NaCl胁迫浓度的增加，SOD活性出现先升后降的趋势，NaCl胁迫初期，SOD活性为了清除NaCl胁迫带来的过多活性氧而增加，后又随着NaCl胁迫浓度增加，SOD活性在达到最大值后出现明显下降。图1

2.2.7 NaCl胁迫对过氧化物酶(POD) 活性的影响

研究表明，在0.2% NaCl胁迫下，3个醋栗品种都呈下降趋势，其中坠玉下降最多为73.96%，3个品种与CK对比均不具有显著差异(P≤0.05)。在0.4% NaCl胁迫下，坠玉持续下降了34.29%，彩虹和红灯笼分别上升了27.57%和135.65%。在0.6% NaCl胁迫下，坠玉仍下降，彩虹和红灯笼对比0.4%NaCl略有回落，但是仍呈上升趋势。3个醋栗品种的POD活性表现出随着NaCl处理浓度的增加先降后升趋势。图1

2.2.8 NaCl胁迫对过氧化氢酶(CAT)活性的影响

研究表明，在0.2% NaCl胁迫下，坠玉上升了119.23%，彩虹和红灯笼显著下降了71.7%和6.71%。在0.4% NaCl胁迫下，3个醋栗品种的CAT含量均升高，其中红灯笼上升最多为173.13%，且其与CK对比均具有显著差异(P≤0.05)。在0.6% NaCl胁迫下，坠玉和红灯笼持续上升，其中坠玉与CK对比具有极显著差异(P≤0.01)，3个品种仅彩虹在此浓度下显著下降了31.19%。随着NaCl胁迫浓度的增加，坠玉和红灯笼的CAT含量均显著升高，彩虹在0.4%NaCl的处理下达到峰值后下降。图1

图1 NaCl胁迫下不同品种醋栗各项生理指标变化

2.3 NaCl胁迫对醋栗各光合及生理指标的隶属函数

研究表明，坠玉平均隶属函数值为0.58，彩虹平均隶属函数值为0.44，红灯笼平均隶属函数值为0.55，各品种的平均隶属函数值大小可平价其耐盐性的强弱，平均值越小，其耐盐性就越强，反之，则越弱。各品种耐盐性由强至弱排序为彩虹>红灯笼>坠玉。表2

表2 NaCl胁迫下醋栗光合、生理指标的隶属函数值

3 讨 论

3.1 NaCl胁迫下不同品种醋栗光合参数的变化

光合作用作为植物重要的生命过程，对植物的正常生长代谢具有至关重要的作用，而NaCl胁迫则会使植物的光合特性发生变化。从NaCl胁迫下醋栗光合特性的变化规律来看，不同浓度处理下存在一定差异。随着浓度增加，坠玉的光合速率(Pn)下降，彩虹和红灯笼的光合速率( Pn )上升，彩虹和红灯笼对施NaCl处理无反应。这与刘正祥等[13]研究NaCl胁迫对沙枣幼苗的光合特性影响中得到净光合速率( Pn)依次下降的研究结果相一致。研究发现3个醋栗品种的气孔导度(Gs) 、蒸腾速率(Tr)和胞间 CO2浓度呈先升高后降低趋势，这与王雨等[14]在NaCl胁迫对 5 个产地菘蓝幼苗光合特性及抗逆指标研究中得到菘蓝幼苗的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)随NaCl浓度的增加呈先升高后降低趋势研究相一致。说明随着NaCl胁迫浓度和次数的递增，气孔导度(Gs)降低，通过气孔的CO2浓度降低，使得光合速率(Pn)减弱，通过气孔散失的水分也在逐渐减少，即蒸腾速率(Tr)减弱。研究还发现NaCl胁迫可以促进醋栗水分利用效率(WUE)，当NaCl胁迫浓度在0.2%时，这种促进作用稍弱，坠玉和红灯笼的水分利用效率(WUE)下降，仅彩虹水分利用效率(WUE)上升。至0.4%时，NaCl胁迫有利于醋栗水分利用效率(WUE)的提升，使其能够充分利用水分，保证植株的正常生长，而0.6% NaCl胁迫处理对植株的破坏程度较深，坠玉和红灯笼的水分利用效率(WUE)与0.4%对比小幅下降，彩虹的水分利用效率(WUE)持续上升。这与马梦茹[15]在NaCl胁迫对黑果枸杞光合生理特性及生长的影响研究中的结果相一致。

3.2 NaCl胁迫下不同品种醋栗生理指标的变化

可溶性糖和脯氨酸是植物逆境胁迫下的有机渗透调节物质，对维持胞内渗透势有重要意义。而在研究中，坠玉和彩虹的叶片中可溶性糖和脯氨酸随着NaCl胁迫的加剧先升后降，这与顾亮[16]研究结果一致，其在中低浓度NaCl胁迫时可溶性糖和脯氨酸含量升高，植株通过持续积累有机渗透调节物质来提高细胞内渗透压，实现细胞内外的渗透平衡，表现出抗NaCl能力，在高浓度时降低，生物膜系统受损，导致细胞内溶物质渗出，伤害加剧。而红灯笼的可溶性糖和脯氨酸呈先降后升，说明其对抗渗透胁迫的能力弱。彩虹和红灯笼的电导率总体变化趋势先升后降，说明在低浓度NaCl胁迫时，植株内细胞受到NaCl胁迫刺激，叶片质膜透性减弱，在中高浓度胁迫时，其保护酶增加，使其叶片质膜受害程度减轻。这与肖雯等[17]的研究结果一致。细胞受到的毒害作用越大，丙二醛含量越高[18]。从总变化趋势可知，3个醋栗品种的丙二醛含量与CK对比都是呈下降趋势，由于保护酶活性较强，叶片中的自由基可以被清除，其植株体内细胞未收到破坏。彩虹和红灯笼的叶绿素含量在低浓度NaCl胁迫时表现为升高，随着NaCl浓度的增加和胁迫时间的延长逐渐下降，这与陈刘平等[19]的研究结果一致。而坠玉的叶绿素含量随着NaCl胁迫先降后升，说明随着NaCl胁迫的加剧，叶片叶绿素含量受到影响出现短暂的降低，植株通过耐盐机制调节自身耐盐适应性，缓和NaCl胁迫伤害，保持正常生长和光合作用，当其适应后，其叶绿素含量会呈上升趋势，这与姜瑛等[20]研究结果一致。

3.3 NaCl胁迫下不同品种醋栗酶活性的变化

NaCl处理会通过提高植物 SOD 和 POD 酶活力，增强植物消灭活性氧的功能，从而提高植物的耐盐性[21]。随着NaCl胁迫浓度的增加，彩虹和红灯笼的SOD和POD均呈先升后降趋势，在中低浓度NaCl胁迫时，彩虹和红灯笼植株自身可通过增加SOD和POD的活性，消除逆境环境对植株的影响，但NaCl胁迫达到高浓度时，SOD和POD的活性下降，氧自由基无法被消除，造成细胞膜损伤，这与焦德志等[22]研究结果一致。坠玉的SOD和POD与CK对比均呈下降趋势，说明其植株细胞内氧自由基含量增加，膜脂过氧化加剧，损伤保护酶系统，导致保护酶活性下降，这与冯时等[23]研究结果一致。坠玉和红灯笼的CAT总体呈上升趋势，彩虹的CAT呈现先升后降，在低浓度NaCl胁迫时，彩虹植株通过提高体内保护酶活性来增强植株对NaCl胁迫的耐受能力，当浓度超过0.4%时，自由基积累过多，细胞膜稳定性被破坏，CAT活性受到抑制，这与王亚等[24]的研究结果一致。

植物的耐盐碱性是由多种因素互相影响的复杂过程。它受到植物类型、植物形态、生理生化以及基因型等多方面因素影响，这意味着单从生理生化方面入手研究，会造成对植物耐盐碱性的片面认识[25]。

4 结 论

随着NaCl胁迫的加剧，各品种醋栗叶片的光合参数中光合速率(Pn)、水分利用率(WUE)总体呈上升趋势，蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)总体呈先升后降趋势。红灯笼的可溶性糖和脯氨酸含量是呈上升趋势，坠玉和彩虹呈先升后降趋势。各品种电导率和丙二醛含量呈下降趋势。彩虹和红灯笼的叶绿素呈上升趋势，坠玉呈先降后升趋势。彩虹和红灯笼的SOD和POD均呈先升后降趋势，坠玉呈下降趋势。 坠玉和红灯笼的CAT总体呈上升趋势，彩虹的CAT呈现先升后降趋势。3个品种醋栗的耐盐性强弱排序为彩虹>红灯笼>坠玉，彩虹和红灯笼耐盐能力均较强，其对NaCl处理不敏感。