不同浓度NaCl 对矮牵牛幼苗生长及光合参数的影响

渠天慧，张慧慧，牛懿麟，孙文瑶，廉晓，李海云

(聊城大学农学院，山东 聊城 252059)

土壤盐渍化是世界性的生态难题，我国约有3.6×107hm2的盐碱地。 山东省耕地面积的14.1%为盐碱地，约为0.5×107hm2[1]，且呈现出逐年增加的趋势。 2021 年10 月习近平总书记在黄河三角洲考察时强调要开展盐碱地综合利用。 改良或开发盐渍土一般很少考虑木本植物，通常优先考虑耐盐性较强的草本植物[2]，因此耐盐草本植物种类及其品种筛选成为开展盐碱地综合利用的关键。

矮牵牛(Petunia hybrida)属茄科碧冬茄属多年生草本植物，花色丰富多样，花期长，作为“花坛皇后”及“世界花坛花卉之王”而被广泛种植于世界各地。 人们对矮牵牛在基因编辑技术[3]、涝渍胁迫[4]、低温胁迫[5]、铅胁迫[6]、花色[7]等方面的研究较多，对其抗旱性、抗涝性及高温耐性等方面研究也有相关报道，但关于其抗盐性研究的论述较少。 盐渍化土壤普遍存在着各种盐分，尤以NaCl 的影响最为严重[8]。 植物幼苗期非常脆弱，很容易受到外界各种胁迫因子的伤害。 对于不良环境中的植物而言，只有安全度过幼苗期才有可能正常生长。

不同植物及同一植物不同时期其耐盐机制不同，耐盐性的评判体系也因植物种类和生育期而异。 植物耐盐机制的复杂性决定了衡量其耐盐性强弱指标的多样性[9]。 闫小红等[10]把幼苗根长和鲜重作为衡量紫茉莉幼苗耐盐性的主要指标；高慧等[11]将株高、茎粗、叶片数、叶片和根的鲜重与干重、叶绿素含量作为分析金盏菊耐盐性的评价依据；杨美娟等[12]将叶面积、叶表皮细胞密度、气孔开度等作为分析中亚滨藜叶对NaCl 胁迫响应的指标。 陈彦云等[13]从根条数、茎粗和叶片数3 个主成分包涵的信息分析马铃薯脱毒苗的耐盐性；张涛等[14]通过测定各品种幼苗叶片数、地上部和地下部鲜重、根总体积、根总表面积、根系平均直径、根总长、生物量等来评价不同品种辣椒幼苗的耐盐性。

鉴于耐盐性评价指标因植物种类不同而异，因此，开展盐碱地综合利用必须明确植物的耐盐范围及筛选指标。 本试验研究不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗生长的影响，以明确矮牵牛对NaCl 的耐受范围及其敏感指标，为矮牵牛耐盐品种筛选及其在盐渍土上的推广种植提供借鉴和参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

矮牵牛种子为‘梦幻’系列，购于山东春满园种业有限公司。

1.2 试验方法

2021 年10 月20 日将矮牵牛种子均匀撒播在盛有育苗基质(长沙绿丰源生物有机肥料有限公司)的21 孔穴盘中，置于人工气候室，每天光照时长16 h[(25±1) ℃]、暗期时长8 h[(20±1)℃]。 11 月8 日间苗，每孔留一株。 11 月27 日开始分别用5 种不同浓度即0(CK)、50、100、150、200 mmol/L NaCl 溶液浇灌处理，每孔20 mL(对照浇灌等量清水)，3 天浇灌一次，连续处理10 次后取样测定。 每处理重复3 次，每重复5 株。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生物量 将矮牵牛幼苗(每处理9 株)用水洗净，在根茎结合处剪开，擦干后用电子天平分别称鲜重，杀青后80 ℃烘干至恒重，用精度0.1 mg 天平称干重。

1.3.2 根系形态参数 扫描(EPSON V750 扫描仪)上述植株的完整根系，用WinRHIZO 2012 软件(Regent Instruments Inc8， Quebec， Canada)测定根总长、根总表面积、根尖数和根系总体积等参数，并计算平均直径。

1.3.3 叶片SPAD 值 使用SPAD 计测定矮牵牛幼苗(每处理9 株)完全展开功能叶的SPAD 值，每株测定4 个叶片。

1.3.4 气孔特征参数 用镊子撕取功能叶中脉附近的下表皮制作临时切片，置于Olympus BX61荧光显微镜下观察拍照，采用显微图像控制及分析软件(DP2-BSW)测量下表皮细胞面积及气孔长度和开度。 每处理计数30 个视野的气孔总数，同时计算视野面积。 气孔密度＝气孔数/视野面积。

1.3.5 半致死浓度 把NaCl 浓度与各指标数值进行拟合，得到直线回归方程，把各指标达到相应对照的50%、10%时所对应的NaCl 浓度分别定为半致死浓度和极限浓度[15]。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 19.0 软件对数据进行统计分析，用平均值和标准误表示结果，对不同浓度NaCl 处理进行单因素方差分析，用Duncan’s 法对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗叶片数和SPAD 值的影响

由表1 可知，随着NaCl 浓度增加，矮牵牛幼苗的叶片数无显著变化，说明NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗的叶片数无显著影响。 叶片SPAD 值与叶绿素含量具有显著相关性，因而SPAD 值常被用来表征植物叶片叶绿素含量。 与对照相比，不同浓度NaCl 处理均降低矮牵牛幼苗叶片SPAD 值，其中，150 mmol/L NaCl 处理的叶片SPAD 值显著降低，降幅为49.73%，其它浓度影响未达显著水平。

表1 不同浓度NaCl 胁迫下的幼苗叶片数和叶片SPAD 值

2.2 不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗生物量的影响

由表2 看出，矮牵牛幼苗鲜重和干重随着NaCl 浓度升高而降低。 与对照相比，各浓度NaCl胁迫处理均显著降低矮牵牛幼苗的地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重，其中，NaCl 浓度达到200 mmol/L 时下降幅度最大，分别高达88.62%、88.89%、80.62%、88.25%；无论鲜重还是干重，都是地下部的降幅高于地上部，说明矮牵牛幼苗地下部对NaCl 胁迫更为敏感。

表2 不同浓度NaCl 胁迫下的幼苗生物量

2.3 不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗根系形态参数的影响

由表3 可知，与对照相比，50 mmol/L NaCl 胁迫处理即显著降低矮牵牛幼苗根系的形态参数值，矮牵牛幼苗根系的总长度、总表面积和平均直径在200 mmol/L NaCl 处理时最低，与对照相比，受抑程度分别为86.07%、87.26%、24.00%。 可见，矮牵牛幼苗的根系参数对NaCl 胁迫的敏感性程度为总表面积＞总长度＞平均直径。

表3 不同浓度NaCl 胁迫下的幼苗根系形态参数

2.4 不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗叶片气孔特征的影响

为保证不同处理间取样处理的一致性，选取有代表性的NaCl 胁迫浓度(0、100、200 mmol/L)测定幼苗叶片气孔特征(表4)。 与对照相比，NaCl 胁迫处理显著降低矮牵牛幼苗叶片下表皮的气孔长度和开度，显著提高其气孔密度。 本试验条件下，气孔密度随NaCl 浓度升高而升高，100 mmol/L 和200 mmol/L 处理下较对照分别增加52.26%、132.40%；气孔长度及气孔开度则随着NaCl 浓度升高而下降，气孔长度降幅分别为26.97%、42.22%，气孔开度降幅分别为49.28%、76.28%。 矮牵牛幼苗叶片下表皮细胞面积随着NaCl 浓度升高而减小，与对照相比，100 mmol/L NaCl 对下表皮细胞面积的影响不显著，200 mmol/L NaCl 显著降低下表皮细胞面积，降幅为52.18%。

表4 不同浓度NaCl 胁迫下的幼苗叶片下表皮细胞及气孔特征

2.5 不同浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗叶片光合参数的影响

由表5 看出，随NaCl 浓度增加，矮牵牛幼苗叶片的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和蒸腾速率均表现为下降趋势。 与对照相比，净光合速率、气孔导度和胞间CO2浓度在50 mmol/L NaCl 处理时就显著下降，降幅分别为18.52%、23.12%、21.79%，蒸腾速率则是在100 mmol/L NaCl 胁迫处理时显著下降。 表明NaCl 胁迫降低矮牵牛幼苗叶片的气孔开度，抑制CO2进入，从而降低光合速率。

表5 不同浓度NaCl 胁迫下的幼苗光合参数

2.6 NaCl 胁迫下矮牵牛幼苗的半致死浓度

由表6 可知，矮牵牛幼苗的指标不同，其半致死浓度也不同。 根总表面积对应的半致死浓度最低(60.51 mmol/L)，其次是地下部鲜重(66.25 mmol/L)和地上部鲜重(77.36 mmol/L)，而叶片数对应的半致死浓度最高，为1 622.45 mmol/L。说明矮牵牛幼苗不同性状对NaCl 胁迫的敏感程度为根总表面积＞地下部鲜重＞地上部鲜重＞根总长＞地下部干重＞地上部干重＞SPAD 值＞根平均直径＞叶片数。 这9 个指标对应的NaCl 半致死浓度的平均值为319.19 mmol/L。 表明，此试验条件下，与对照相比，对矮牵牛幼苗生长的抑制程度达到50%时对应的NaCl 浓度为319.19 mmol/L，定义该浓度为矮牵牛幼苗NaCl 胁迫的半致死浓度。

表6 NaCl 胁迫矮牵牛幼苗的半致死浓度

3 讨论与结论

生长受抑是盐分对植物最明显的胁迫效应，受抑程度受植物自身抗盐能力和盐胁迫水平等的影响[16]。 本试验条件下，NaCl 胁迫处理的矮牵牛幼苗根系总长度、根总表面积、根平均直径、根尖数均显著下降，这与赵蕾[17]、Özyazici[18]等的研究结果相似。 本研究发现，50 mmol/L 的低浓度NaCl 胁迫对矮牵牛幼苗生物量的抑制影响已达显著水平，浓度升高，抑制程度增大，这与Dadashpour[19]、Maqbool[20]等的研究结果一致。 NaCl 溶液浓度200 mmol/L 对矮牵牛幼苗的地上部鲜重、地下部鲜重、地上部干重和地下部干重的抑制程度最高，这与耿晓东等[21]的研究结果相似。 与地上部相比，地下部对NaCl 胁迫更为敏感，这可能是因为高盐逆境首先伤害根部，根的生长受抑，降低根系对水分和养分的吸收能力[22-24]，从而降低贮藏物质的输导和同化效率，进而使得植株生物量减少，且地下部减少的幅度大于地上部。

盐离子使植物根系周围环境溶液的浓度升高，造成植物吸水困难，叶片气孔关闭，胞间CO2浓度和光合速率下降，影响植物的正常生长代谢[25]。 本试验中，气孔长度和下表皮细胞面积随NaCl 浓度升高而下降，矮牵牛下表皮的气孔随着NaCl 浓度升高而逐渐呈关闭状态。 其结果导致蒸腾速率降低，有利于保持体内水分，适应由盐分生境造成的生理干旱，这可能是矮牵牛幼苗抵抗盐胁迫的适应机制。 此外，本研究中高浓度盐胁迫处理的矮牵牛幼苗叶片SPAD 值显著下降，这与侯鹏浩[26]、杨万鹏[27]、王堽[28]、郑伶杰[29]等的研究结果类似，原因可能与盐胁迫下叶绿素合成受抑和叶绿素降解加快有关[30]。

通过比较矮牵牛幼苗常规易测指标对NaCl浓度线性拟合得到的半致死浓度，发现矮牵牛幼苗根总表面积对应的NaCl 半致死浓度和极限浓度均最低，其次为地下部鲜重和地上部鲜重，最高的是叶片数。 据此推断矮牵牛幼苗根总表面积对NaCl 胁迫最为敏感，而叶片数最不敏感。 而徐小玉[31]、苏冉[32]等对雏菊和百脉根的相关研究认为根总长对NaCl 胁迫更为敏感，这可能是因为植物种类不同，对盐胁迫敏感的组织和器官也有所不同。

综上所述，NaCl 胁迫抑制矮牵牛幼苗根系生长，降低气孔长度、开度及叶绿素含量，从而导致矮牵牛幼苗叶片净光合速率下降，生长受抑，生物量降低。 对常规易测指标与NaCl 浓度进行线性拟合得出，矮牵牛幼苗的NaCl 胁迫半致死浓度为319.19 mmol/L，根总表面积、地下部鲜重、地上部鲜重的半致死浓度较低，可作为矮牵牛苗期对NaCl 胁迫耐性强弱的衡量指标。