根际NaCl 浓度对冰菜形态和生理的影响

付婷婷，王 昊，赵 颖，王蔚兰，王 旭

（海南大学园艺学院，海南 海口 570228）

【研究意义】冰菜（Mesembryanthemum crystallinumL.）是番杏科日中花属一年生肉质草本植物，原产于非洲南部，学名冰叶日中花，又名冰花、非洲冰草等，因其叶片背面和茎上着生冰晶一样的透明颗粒而得名。冰菜耐寒、耐旱、耐盐碱，为兼性CAM（Crassulacean acid metabolism，景天酸代谢）植物。冰菜营养价值丰富［1］，且多酚（如黄酮）含量丰富，具有良好的抗氧化活性，市场前景广阔［2］。冰菜属于泌盐植物，在盐碱条件下可以将吸收的多余盐分通过茎、叶表面密布的盐腺排到冰晶状液泡中［3］。一些地区土壤盐渍化程度日益严重，尤其在干旱地区，由于水资源管理造成的盐渍化会对农业生产造成严重影响［4］；冰菜可以从土壤中吸收积累盐分，采收后可以降低土壤盐分［5］，对改善土地盐渍化有很高的研究价值。探究冰菜在不同根际盐分浓度下的表现，可指导植物工厂生产高品质冰菜，对盐渍化土壤或盐碱地利用也具有重要参考。【前人研究进展】根际盐胁迫对植物生长发育具有显著影响，会使植物吸水能力降低，导致植物生长受到抑制。如过量盐分进入植物蒸腾流中，会对叶片细胞造成伤害，当盐分浓度达到阈值，离子毒害就会发生，一旦超过阈值，离子平衡将被打破，引起氧化胁迫等次级反应［6］。对于某些植物，低浓度盐胁迫可以促进生长发育，并表现出低促高抑的效应［7］，因此不同植物对盐分浓度有不同的适应性。研究发现，冰菜有很强的耐盐性和泌盐能力，可以在盐度3.5‰条件下正常生长［8］。海水浓度≤30%对冰菜株高、根长、叶片数、叶面积和质量影响较轻，可以同时保障冰菜产量与营养品质；海水浓度≥40%则明显抑制上述指标［9］。较低盐分有助于冰菜种子的萌发，使冰菜种子萌发时间延迟［10］。冰菜能在海水中正常生长，200 mmol/L NaCl 对冰菜生长有一定的促进作用，400 mmol/L NaCl 在短期内显著抑制冰菜生长，一段时间后冰菜可以逐渐适应400 mmol/L NaCl 环境［11］。刘慧颖等［12］研究发现，不同盐分浓度对冰菜株幅的影响主要表现在植株生长后期，且浓度越大株幅增加越快；0.3%、0.5%、0.7% NaCl 溶液处理均可显著提高冰菜植株生长后期的叶绿素含量，并且能够提高冰菜发育前期的可溶性膳食纤维含量、加速黄酮的合成。盐处理可将冰菜收获期延长1 个月，且幼年食用叶的质量和钙浓度随着盐度的增加而增加［13］。此外，有研究表明，NaCl 的离子效应可增强冰菜线粒体ATP 的合成，这可能在冰菜适应盐度中发挥重要作用［14］。【本研究切入点】 目前，对于冰菜在不同盐分浓度中的研究主要集中于向营养液添加海水或NaCl 并通过测定保护酶活性来解释抗盐机理。然而，将低浓度NaCl 视为促进因素，在植物工厂人工光栽培条件下添加NaCl 以促进冰菜生长，并从形态与生理方面进行阐述的研究较为少见。【拟解决的关键问题】本研究通过在不同NaCl浓度的营养液中培育冰菜，观测其生长和生理情况，以期找出冰菜种植最适宜的NaCl 浓度区间，为冰菜适宜的营养液栽培中NaCl 添加浓度提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2022 年3—5 月在海南大学园艺学院进行，选用青海省兴海县禾之源农业发展有限公司提供的水晶冰菜种子。

1.2 试验方法

将冰菜种子置于湿润滤纸上，采用同规格滤纸覆盖，喷水湿润后置于透明盒中催芽，待约80%种子发芽后，转移至海绵块中，开启LED 灯进行营养液栽培。营养液选用日本园试配方，供应采用时控开关，供液15 min，停止供液45 min，往复循环；开灯时光强PPFD=200（±10）µmol/m2·s，光照时间设定为6：00 —20：00，室内温度控制在25℃以下。在育苗层培养20 d 后移栽至栽培层，移栽7 d后向营养液中加入NaCl溶液，使营养液中NaCl 浓度达到0、3、6、9、12 g/L（用CK、T1、T2、T3、T4 表示）。每个处理4 次重复，每次重复18 株冰菜，每隔7 d 更换一次营养液。

1.3 测定项目及方法

处理21 d 后测定各处理冰菜植株的生长指标。用直尺测量株高，取定植板向上至叶部顶端距离［15］；用游标卡尺测量茎粗，测量地上部与根部交接点以上1 cm 处；地上部和地下部鲜质量使用BSA2202S 电子天平（德国赛多利斯，精度0.01 g）称量，根冠比=根鲜质量/地上部鲜质量；根长取茎基部至最大根长的根尖处；取植株自上而下第5 片叶，采用LI-3100C 台式叶面积仪（美国LI-COR 公司）测定叶面积。选取自下而上第5 片叶采用SPAD-502 叶绿素仪（日本美能达）测定叶绿素SPAD 值；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［16］测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法［16］测定；采用体视显微镜观察叶片表面，调查表皮盐囊泡面积占比与表皮盐囊泡数量［17］。每个处理分别取5 株，3 次重复，试验数据采用SAS 软件Duncan多重比较法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的形态指标

从图1 可以看出，与CK 相比，T1 和T 2处理中冰菜的根长、叶面积、株高呈增长趋势，T2处理冰菜较为健壮，CK 和T1 处理冰菜形态差异不明显；与CK 相比，T3 和T4 处理冰菜的株高、叶面积变小。由表1可知，T2处理冰菜的株高最高、为141.7 mm，显著高于CK，茎粗、根长和叶面积与CK 相比则无显著差异。当营养液中NaCl 浓度超过6 g/L 时，冰菜的株高、茎粗和叶面积均随NaCl 浓度增加而显著下降，T4 处理中冰菜株高、茎粗和叶面积最低，分别为79.5 mm、0.863 mm 和20.440 cm²，表明营养液中盐分浓度高于6 g/L 时冰菜生长受到抑制。本试验所有NaCl 处理中冰菜根长与CK 相比无显著变化。营养液中NaCl 浓度在0～6 g/L 之间，冰菜株高、茎粗、叶面积随NaCl 浓度增加呈上升趋势；NaCl 浓度为6 g/L 时冰菜株高、茎粗、叶面积达到峰值，分别为141.7 mm、1.767 mm、45.500 cm²，之后随着NaCl 浓度的增加，冰菜株高、茎粗和叶面积降低，与CK 的差异达到极显著，其中T4 处理的株高、茎粗、叶面积与CK 相比分别下降45.060 mm、0.830 mm、18.210 cm²，表明冰菜在0～6 g/L NaCl浓度的营养液中生长良好，在6～12 g/L NaCl 浓度的营养液环境中生长受到抑制。

表1 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的形态指标Table 1 Morphological indexes of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

图1 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的生长状况Fig.1 Growth status of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

2.2 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的生物量

由表2 可知，T2 处理中冰菜的地上部鲜质量最高（39.19 g），显著高于CK；营养液中NaCl浓度超过 6 g/L 时，随着NaCl 浓度增加，T3 和T4 处理中冰菜地上部鲜质量与CK 相比分别降低13.78、21.67 g，差异达极显著。NaCl 浓度为9、12 g/L 时冰菜质量受到明显抑制，表明营养液中添加的NaCl 浓度适宜范围是3～6 g/L，此时冰菜收获质量较高。

表2 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的生物量Table 2 Biomass of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

随着营养液中NaCl 浓度的增加，冰菜地下部鲜质量呈先升高后降低的趋势，当NaCl 浓度为6 g/L 时冰菜地下部鲜质量最大、达到2.48 g，显著高于CK；T1 处理中冰菜的地下部鲜质量与CK差异不显著，T3和T4 处理中冰菜的地下部鲜重与CK 相比分别下降0.29、0.88g，且与T2 处理相比差异达到极显著水平。根为地上部提供养分，影响冰菜生长情况，营养液中NaCl 浓度范围大于6 g/L 时会抑制根的生长，对冰菜生长不利。

随着营养液中NaCl 浓度的升高，冰菜根冠比呈上升趋势，根的占比越来越大。与CK 相比，T1 和T2 处理中冰菜根冠比无显著差异，T3 和T4处理中冰菜根冠比分别增加0.0028、0.0034，且均极显著高于CK。

2.3 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的生理指标

由表3 可知，冰菜叶片可溶性蛋白含量随NaCl 浓度的升高呈上升趋势，T1 与CK 相比无显著水平差异，T2、T3 和T4 处理中冰菜的叶片可溶性蛋白含量分别为0.456、0.490、0.535 mg/g，均极显著高于CK。随着营养液中NaCl 浓度的升高，冰菜叶片可溶性糖含量总体呈上升趋势，其中T1 处理与CK 相比无显著差异，T2、T3 和T4处理均极显著高于CK，分别比CK 增加3.442、3.050、4.700 mg/g。营养液中NaCl 浓度约6 g/L时冰菜的可溶性糖含量较高（7.375 mg/g），进一步增加NaCl 浓度后，可溶性糖含量并无显著增加。叶绿素SPAD 值随NaCl 浓度升高而升高，T1 处理中冰菜叶片的叶绿素SPAD 值与CK 相比差异不显著；T2 处理中冰菜叶绿素SPAD 值为31.533，显著高于CK；T3 和T4 处理中冰菜的叶绿素SPAD 值分别为41.000、47.800，与CK 相比差异达到极显著水平。

表3 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的生理指标Table 3 Physiological indexes of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

2.4 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的表皮盐囊泡

从图2 可以看出，表皮盐囊泡分布随着营养液中NaCl 浓度的提高而越发密集，表皮盐囊泡的面积占比也随着NaCl 浓度的提高而升高。使用ImageJ 软件得出冰菜表皮盐囊泡面积占观察区域比值（表4），T1 处理中冰菜表皮盐囊泡面积占比为25.51%，与CK 相比无显著差异，T2、T3、T4处理中冰菜表皮盐囊泡面积占比分别为30.00%、34.20%、38.39%，与CK 相比差异均达极显著水平。在T3 和T4 处理中，冰菜表皮盐囊泡面积占比和表皮盐囊泡的个数均随营养液中NaCl 浓度的增加而增加，所有处理冰菜的表皮盐囊泡个数与CK 相比均有极显著差异，可见NaCl对冰菜叶片表皮盐囊泡的形成有重要作用。

表4 不同NaCl 浓度营养液中冰菜表皮盐囊泡面积占比与表皮盐囊泡数量Table 4 Proportion of epidermal salt vesicle area and the number of epidermal salt vesicles of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

图2 不同NaCl 浓度营养液中冰菜的表皮盐囊泡比较Fig.2 Comparison of epidermal salt vesicles of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

3 讨论

冰菜是一种典型的泌盐植物，一定程度的低盐环境可促进冰菜生长，土壤盐量过高会造成减产［18］。本试验中冰菜的形态和质量指标符合这一变化趋势，当营养液中NaCl 浓度为3、6 g/L 时，冰菜的茎粗、叶面积与CK 相比无极显著水平差异，表明冰菜能适应3～6 g/L NaCl 浓度范围，但株高、地下部鲜质量、地上部鲜质量显著增高，表明3～6 g/L 的NaCl 浓度对冰菜生长有促进作用；当NaCl 浓度超过6 g/L 时，冰菜株高、茎粗、叶面积、地上部鲜质量与CK 相比均下降，差异达极显著水平，表明此时冰菜生长受到抑制，冰菜对高NaCl 浓度适应力下降，这与刘慧颖等［12］研究结果相似，但与徐微风等［19］用海水的试验结果存在一定差异，其认为营养液中含20%和40%（按35‰换算，相当于7～14 g/L NaCl）的海水冰菜生长最为旺盛，其原因可能为海水中NaCl 并不均衡，受取水地纬度、洋流和淡水汇入的影响；又或在人工光栽培条件下，因为光照等条件不同，生菜对盐分浓度的适应性发生变化。

冰菜的可溶性蛋白和可溶性糖含量随营养液中NaCl 浓度升高而升高，呈现出与形态指标、质量不同的变化趋势。可溶性糖是一种有机小分子渗透调节物质［20］，冰菜能在较高NaCl 浓度的溶液中存活也依赖于此类物质对渗透压、细胞膜透性的调节，NaCl 浓度越高，渗透压变化越大，需要调节的强度也越高，可溶性糖等有机小分子渗透调节物质含量越高，以维持冰菜细胞内正常的渗透压水平。NaCl 浓度超过6 g/L 后，可溶性糖含量不再增加，可溶性蛋白仍在增加，综合形态指标和质量指标，本研究得出6 g/L 是最适合植物工厂冰菜生产的NaCl 浓度。

研究表明，大部分植物叶片叶绿素SPAD 值与叶绿素含量显著相关，叶绿素SPAD 值可间接反映叶片中的叶绿素含量［21］。盐胁迫可使叶片的叶绿素含量下降［22］，但本试验中叶绿素SPAD值随NaCl 浓度升高而增加，与刘志华［23］在泌盐植物獐毛（Aeluropus sinensisTzvel.）上的研究结果一致。也有研究指出低浓度盐胁迫下，白三叶的叶绿素含量会上升［24］；胡一涵等［25］研究发现叶绿素含量随NaCl 溶液处理浓度的增加呈先升高后降低趋势，冰菜在0～0.4% NaCl 溶液中叶绿素含量随NaCl 浓度升高而增加，在0.4%～0.7%NaCl 溶液条件下，叶绿素含量随NaCl 浓度升高而降低。叶绿素含量随盐分浓度增加而增加，目前主要有4 种解释：（1）植物体合成叶绿素时需要脯氨酸，而低浓度盐胁迫细胞中积累的大量脯氨酸促进了叶绿素的合成［5］；（2）植物遭受盐胁迫时叶绿体蛋白与叶绿素的结合变松，从而更容易提取到叶绿素［5］；（3）盐胁迫下植株叶片增长及植株新叶伸展速度减缓，叶片变厚，叶面积减小、含水量降低，从而导致叶绿素含量上升［26］；（4）盐胁迫会造成细胞膜透性增强，从而向外渗漏出叶绿素分子［27］。

本研究发现，营养液中NaCl 浓度范围在6～12 g/L 时，冰菜的可溶性糖与可溶性蛋白含量较CK 呈极显著增长，但株高、茎粗、叶面积、地上部鲜质量与CK 相比均下降，差异达极显著水平。较高的盐度提高了冰菜的营养指标，但降低了产量［28］。虽然提高营养液中NaCl 浓度可以提高冰菜的营养品质，但随着NaCl 浓度的上升，冰菜的咸味、酸味会加重，影响口感［29］。此外，冰菜生长过程中不同LED 光质对冰菜的生长量与品质也有不同影响［30］。因此，冰菜栽培中NaCl 浓度的调控应全面考虑产量、营养品质和消费者喜好等多方面因素，综合采用各种栽培技术，调控环境因子，实现冰菜的高产高品质。

本试验中，冰菜表皮盐囊泡面积和盐囊泡个数变化趋势与生理指标随盐浓度的增加而增加的趋势基本一致，而与形态指标基本都在营养液中NaCl 浓度为6 g/L 时达到最高的趋势不一致，原因在于冰菜把从根部吸收的NaCl 通过茎叶排到盐囊泡中，所以NaCl 浓度越高，盐囊细胞因为积累NaCl 和水分而变大，导致细胞膨胀、表皮盐囊泡的形成增多［3］。徐微风等［17］认为，营养液中海水≤40%时，冰菜表皮盐囊泡的数量和形态差异不显著，这可能与水培条件下冰菜对Na+吸收量变大、导致对盐胁迫缓冲作用变小有关。

4 结论

营养液添加一定浓度NaCl 会对冰菜的生长、产量和品质造成不同影响。随着营养液中NaCl 浓度的提高，冰菜叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量总体呈上升趋势，冰菜品质得到明显提高。3～6 g/L NaCl 浓度营养液中，随着NaCl 浓度的升高，冰菜株高、地上部鲜质量和地下部鲜质量增加，当营养液中NaCl 浓度为6 g/L 时达到峰值，分别为141.7 mm、39.19 g、2.48 g，表明冰菜在3～6 g/L NaCl 浓度营养液中可适应，并对冰菜生长有一定的促进作用，冰菜产量上升；而株高、茎粗、叶面积、地上部鲜质量、地下部鲜质量在6～12 g/L NaCl 浓度营养液中呈下降趋势，在12 g/L NaCl 浓度营养液中最低，与CK 相比分别降低45.1 mm、0.830 mm、18.210 cm²、21.67 g、0.88 g，表明高NaCl 浓度中冰菜生长受到抑制、产量下降。营养液中适宜的NaCl 浓度可以保证冰菜的产量和品质，促进优质冰菜的生产。适宜冰菜生长的NaCl浓度范围为0～6 g/L，其中3～6 g/L 为最适NaCl 浓度范围。