盐胁迫对南瓜幼苗生长及光合特性的影响

时丕彪 蒋润枝 沈明晨 顾闽峰 王春云 李亚芳 顾小兵

摘要：为研究南瓜对盐分胁迫的耐受性，采用水培法探讨不同浓度NaCl（0、50、100、150、200、250mmol/L）对南瓜幼苗各生长指标及光合特性参数的影响。结果表明，随着NaCl浓度的增加，南瓜幼苗的植株高度、鲜重和干重均呈逐渐下降的趋势，叶绿素含量、气孔导度（Gs）、净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）均呈现先升高后降低的趋势，相对离子渗透率（RIP）呈先降低后升高的趋势。0～100mmol/LNaCl对南瓜幼苗生长无显著影响，而高于100mmol/L时，对其存活和光合作用有显著影响。南瓜具有较强的耐盐性。关键词：盐胁迫;南瓜;幼苗期;生长指标;光合作用;光合特性

中图分类号：S642.1文献标志码：A论文编号：cjas2020-0193

Effects of Salt Stress on the Growth and Photosynthetic Characteristics of Squash Seedlings

SHI Pibiao，JIANG Runzhi，SHEN Mingchen，GU Minfeng，WANG Chunyun，LI Yafang，GU Xiaobing

（Xinyang Agricultural Experiment Station of Yancheng City，Yancheng 224049，Jiangsu，China）

Abstract：To study the tolerance of squash to salt stress，hydroponics was adopted to investigate the effects of different concentrations of NaCl （0，50，100，150，200 and 250 mmol/L）on the growth and photosynthetic characteristics of squash seedlings. The results indicated that with the increase of NaCl concentration，the plant height，fresh weight and dry weight of squash seedlings gradually declined. The chlorophyll content，stomatal conductance （Gs），net photosynthetic rate （Pn）and transpiration rate （Tr）first increased and then decreased with the NaCl concentration increase. With the increase of NaCl concentration，the relative ionic permeability （RIP）showed a trend of first decrease and then increase. There was no significant effect on the growth of squash seedlings when NaCl concentration ranged from 0 to 100 mmol/L，but when NaCl concentration was higher than 100 mmol/L，the survival rate and photosynthesis were significantly affected. The study demonstrates that squash has strong salt tolerance.

Keywords：Salt Stress;Squash;Seedling Stage;Growth Index;Photosynthesis;Photosynthetic Characteristics

0引言

土壤鹽碱化是限制现代农业发展的主要非生物因素之一，严重影响种子萌发、植物生长发育和作物产量[1]。据估计，全球约有10亿hm²土地受到盐分的影响，占土地总面积的10%[2]。更为糟糕的是，全球气候变暖和人类对土地的不合理开发利用加速了土壤盐碱化，这将导致2050年耕地面积减少一半叫土壤盐碱化面积的扩大和世界人口的增长给农业发展带来了巨大的压力[4]。加快农作物耐盐新品种选育是提高盐碱化土地利用效率的一条有效途径，同时也是保证农业可持续发展的一个重要保障。

南瓜是葫芦科（Cucurbitaceae）南瓜属（Cucurbita）一年生蔓生草本植物，原产于墨西哥地区，在世界各地普遍栽培，南瓜具有较高的营养价值和药用价值[6]，也是一种高产农作物，给农民带来巨大的经济效益。此外，南瓜根系发达、抗逆性强，还可用作葫芦科其他作物如西瓜、黄瓜、甜瓜等的嫁接砧木，以提高对土传病害和非生物胁迫的耐受性[7-8]。目前，关于南瓜耐盐方面的研究较少，对其耐盐机理仍不清楚。本研究采用水培方法，通过设置不同浓度NaCl处理探究盐胁迫下南瓜幼苗生长、叶绿素含量及光合特性的变化，以期为进一步揭示其对盐胁迫的适应机制提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

供试材料‘思壮7号南瓜种子由宁波市农科院提供。

1.2方法

1.2.1试验设计将挑选的饱满南瓜种子用百菌清500倍稀释液杀菌消毒后于发芽盒中进行催芽，待种子萌发子叶展开时进行水培处理。二叶一心期时挑选长势一致的幼苗使用1/2 Hoagland营养液培养，同时分别使用不同浓度NaCl（0、50、100、150、200、250 mmol/L）对其进行盐胁迫处理。处理1周后，对幼苗的各生长指标和光合参数进行测定，以0 mmol/L NaCl处理的样品为对照，每个处理设3次生物学重复。

1.2.2测定指标

（1）生长指标的测定。用刻度尺测量南瓜幼苗的植株高度和根系长度。将幼苗于105℃条件下杀青30 min，然后65℃烘干至恒重，用电子天平称量其生物量。

（2）叶绿素含量的测定。将叶片剪碎后称取3份，每份0.2 g，分别放入3支离心管中，各自加入10 mL 80%的丙酮溶液，黑暗条件下浸提24 h，期间可震荡几次。叶片完全失绿变白后，用紫外分光光度计分别测定波长为663 nm和645 nm下的吸光度[9]。

（3）相对离子渗透率的测定。将3片完整的叶片分别放入3支试管，加入6 mL 0.4 mol/L的甘露醇溶液，以未放叶片的试管为对照，室温条件下放置3h，期间可温和震荡。用CON 6 Plus电导率仪分别测定样品和对照的电导率，记为C1和C1₀，然后将其置于水浴锅中煮沸10 min，冷却至室温后再分别测定其电导率，记为C2和C2₀，计算得到叶片相对离子渗透率（RIP）[10][式（1）]。

（4）光合参数的测定。盐胁迫试验结束的当日上午10：00，使用便携式光合作用测量系统LI-6400测定第1片真叶的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr），计算得到叶片水分利用效率（WUE）[式（2）]。

1.3数据的统计分析

利用Excel 2007进行试验数据的统计处理;用SPSS 17软件进行单因素方差分析，并采用Tukey检验法进行多重比较，分析不同处理间差异的显著性;用Origin 8軟件作图。

2结果与分析

2.1盐胁迫对南瓜幼苗生长的影响

不同浓度NaCl胁迫对南瓜幼苗生长产生了不同的影响。由表1可知，盐胁迫降低了幼苗的株高、鲜重和干重，而低浓度盐胁迫促进了根系生长，增加了根系长度。当NaCl浓度为150 mmol/L时，苗鲜重和苗干重均显著低于对照;当NaCl浓度超过200 mmol/L时，株高显著降低。随着NaCl浓度的增加，根长并未发生显著性变化。

2.2盐胁迫对南瓜叶绿素含量的影响

叶绿素含量决定光合作用，与植物的健康程度高度相关[11]。从表2可以看出，与对照相比，NaCl浓度在50～200 mmol/L范围内对叶绿素a含量的影响差异不显著，在250 mmol/L时，叶绿素a含量显著降低。随着NaCl浓度的升高，南瓜叶绿素b含量和总叶绿素含量均呈先上升后下降的趋势，100～150 mmol/L NaCl处理下两者的含量显著高于对照，250 mmol/L NaCl处理下两者的含量都显著低于对照。说明一定浓度盐胁迫可以增加南瓜叶绿素的含量，而盐浓度超过一定范围，其叶绿素含量则会下降。

2.3盐胁迫对南瓜幼苗相对离子渗透率的影响

相对离子渗透率与植物细胞膜的通透性紧密相关，其值越大细胞受伤害程度越大，细胞膜的通透性也越大[12]。如图1所示，随着NaCl浓度的增加，南瓜叶片的相对离子渗透率呈先上升后下降再上升的趋势，在100 mmol/L时达到最低峰值，比对照降低16.36%。当NaCl浓度在50～150 mmol/L时，与对照相比，叶片相对离子渗透率未发生显著变化;当NaCl浓度高于150 mmol/L时，叶片相对离子渗透率均显著高于对照，说明高浓度盐胁迫严重损害了细胞膜，大大增加了其通透性。

2.4盐胁迫对南瓜叶片净光合速率的影响

从图2可以看出，不同浓度盐分处理使南瓜叶片净光合速率（Pn）发生不同程度的变化。随着NaCl浓度的增加，南瓜Pn呈先升高后下降的趋势，在50 mmol/L时达到最大值，比对照增加3.56%，说明低浓度盐胁迫促进南瓜叶片Pn的增加。NaCl浓度为50～100 mmol/L时的Pn与对照差异不显著;NaCl浓度超过100 mmol/L时的Pn均显著低于对照，并且随着NaCl浓度升高，Pn逐渐显著降低。说明高浓度盐胁迫显著抑制南瓜叶片Pn。

2.5盐胁迫对南瓜叶片气孔导度的影响

由图3可知，随着NaCl浓度的升高，南瓜的气孔导度（Gs）总体上呈逐渐下降的趋势，在50 mmol/L时略有升高，但与对照无显著差异。100 mmol/L NaCl处理下的Gs比对照下降了9.93%，但两者差异不显著。150～250 mmol/L NaCl处理下的Gs均显著低于对照，并且各处理间存在显著差异。说明高浓度盐分胁迫显著抑制了气孔的张开。

2.6盐胁迫对南瓜叶片蒸腾速率的影响

盐胁迫下南瓜叶片蒸腾速率（Tr）的变化规律如图4所示，基本与Pn变化规律一致。随着NaCl浓度的增加，Tr呈先升高后降低的趋势，在50 mmol/L时最大，但与对照差异不显著。NaCl浓度为100 mmol/L时，Tr下降了5.72%，但与对照无显著性差异。除对照外，各盐分处理间Tr存在显著性差异，并且NaCl浓度越高，其Tr就越小。

2.7盐胁迫对南瓜叶片水分利用效率的影响

从图5可以看出，随着NaCl浓度的增加，水分利用效率（WUE）呈先降低后升高再降低的趋势，先在50 mmol/L处理下降低4.69%，后在150 mmol/L时达到最大值。50～150 mmol/L NaCl处理的WUE均与对照差异不显著，200～250 mmol/L处理下的WUE显著低于其他处理。

3结论

采用水培法研究不同浓度NaCl（0、50、100、150、200、250 mmol/L）胁迫下南瓜幼苗各生长指标及光合特性参数的变化规律，以期探讨南瓜对盐分胁迫的耐受性。试验结果表明，随着NaCl浓度的升高，南瓜幼苗的株高、鲜重和干重总体呈逐渐下降的趋势，叶绿素含量、气孔导度、净光合速率和蒸腾速率都是先升高后降低，而相对离子渗透率是先降低后升高。南瓜具有较强的耐盐性，其幼苗能在0～100 mmol/L NaCl浓度范围内正常生长，同时该结论为进一步揭示南瓜对盐胁迫的适应机制提供了理论依据。

4讨论

盐胁迫是制约植物生长发育的主要因素之一，深入了解耐盐性和响应机制对作物的栽培和育种至关重要。植物根系和地上部盐浓度的增加会引起离子毒害、高渗透胁迫和氧化损伤，损害作物的代谢过程，降低其光合效率[13]。在胁迫条件下，幼苗的生长对于植物早期形态建成的影响是非常重要的。选择盐胁迫可以促进苗期植株生长和增加作物最终产量的品种，对盐碱地农业发展起着至关重要的作用[14]。盐胁迫条件下，叶面积、分蘖数、穗长、根长、干重、生物量、相对生长率和相对含水量等指标常被用来评价水稻品种在形态生理水平上的耐盐性[15]，而在本研究中笔者将株高、鲜重、干重、叶绿素含量、相对离子渗透率及各项光合参数等作为评价指标来探讨南瓜的耐盐性。本研究结果表明，随着盐浓度加大，南瓜幼苗的苗高、鲜重和干重均逐渐降低，这与Mohamed等[16]的研究结果基本一致。

叶绿素在光合天线系统中接收太阳能，并介导反应中心内的电荷分离和电子传输[17]，是光合作用中光采集和能量转换的关键。叶绿素含量决定光合作用，而光合作用又决定植物的生长发育。叶绿素的水平是通过叶绿素生物合成和降解之间的平衡来维持的[18-19]。前人研究发现，盐胁迫扰乱了叶绿素生物合成与降解之间的平衡，从而改变了叶绿素含量[20]。冯梅等[21]发现低浓度盐胁迫可以增加红花叶绿素的含量，随着盐浓度进一步升高，叶绿素含量逐渐降低，该结果与本研究结果一致。这可能是因为低浓度盐胁迫促进了南瓜叶绿素的积累，高浓度盐胁迫导致叶绿体分裂，加速了叶绿素的降解。

植物膜系统是高盐度胁迫条件下最先损伤的部位之一[22]。胁迫时细胞膜的通透性通常会增加，这就增加了细胞损伤的程度，不利于植物对胁迫反应的耐受性。植物主要通过渗透调节和离子转运等一系列生理变化来抵抗盐胁迫损伤。高浓度盐处理的南瓜幼苗叶片的相对离子渗透率显著高于对照，这一结果与Alharby等[23]的研究结果一致，说明盐浓度过高可能会引起植物细胞离子毒害，严重损伤细胞膜，以致大幅增加细胞膜的通透性。

在盐胁迫下，主要生理过程都受到了负面影响，包括光合作用，这是一个关键的生化过程，通过这个过程二氧化碳和水转化为氧气，并合成为植物生长提供燃料的高能量糖类化合物[23]。通过气孔关闭而导致盐驱动的光合作用降低在许多植物中已经被研究过[24-25]，因为盐胁迫下的气孔关闭被认为是控制植物水分流失的一种重要的即时响应策略[26]。光合作用参数，如光合速率、气孔导度、气孔大小、蒸腾速率、CO₂浓度和水分利用效率等，都可能直接影响盐胁迫下作物的生物量和粮食产量[27]。James等[28]研究结果表明，當小麦长出叶片时，盐胁迫导致气孔导度降低，但一段时间后，随着叶片组织中Na⁺和Cl^-浓度的进一步增加，气孔导度进一步降低，这可能是由盐毒性引起的。Dionisio-Sese和Tobita[29]报道，4个水稻品种的净光合速率随着盐胁迫水平的增加而下降，他们认为这可能是由于盐通过减少保卫细胞的膨胀而对气孔阻力产生了直接影响。蒸腾作用在维持植物体内渗透浓度方面起着重要的生理作用，Ma等[30]研究表明，当盐度增加时，蒸腾速率显著降低。本研究结果表明，低浓度盐胁迫可以促进南瓜的光合作用，而后随着盐浓度逐渐加大，气孔导度、净光合速率和蒸腾速率均显著降低，这与上述研究结果基本一致。水分利用效率的定义是碳同化率（光合作用）与蒸腾速率的比值，是提高作物光合作用的指标之一[31]。据报道，盐处理下水分利用效率增加[32]。而在本研究中，南瓜叶片水分利用效率在低盐浓度下有所升高，当盐浓度超过150 mmol/L时则显著下降，这可能是因为高盐胁迫严重伤害了细胞结构，阻碍了生理活动的正常进行。

本研究综合分析了盐胁迫下南瓜幼苗的生长指标、生理指标和光合参数来评价南瓜的耐盐性，对超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶等的酶活性变化并未进行检测，也没有在分子水平上对南瓜的耐盐基因表达变化规律进行研究，这些都是本试验存在的不足之处，同时也是今后努力的方向。

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