3個桂花品種對NaCl脅迫的光合響應(yīng)

楊秀蓮，母洪娜，郝麗媛，王良桂

(南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

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3個桂花品種對NaCl脅迫的光合響應(yīng)

楊秀蓮，母洪娜，郝麗媛，王良桂

(南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院，江蘇 南京 210037)

以3個1a生桂花(Osmanthusfragrans)品種幼苗為材料，設(shè)置低、中、高3個不同的NaCl濃度梯度，研究桂花鹽害指數(shù)的變化、葉片光化學(xué)效率和葉綠素含量的影響。結(jié)果表明，鹽害指數(shù)隨著脅迫時間的延長、鹽處理濃度的增大而增大；光化學(xué)效率和葉綠素含量隨不同濃度處理時間的延長而下降，當(dāng)鹽脅迫濃度為 40 mmol·L-1時，3個桂花品種的光化學(xué)效率和葉綠素含量與對照相比差異不顯著；當(dāng)鹽濃度分別為70、100 mmol·L-1時，差異顯著；但品種間差異不顯著。

桂花；NaCl脅迫；鹽害指數(shù)；實際光化學(xué)效率；葉綠素

土壤鹽漬化不僅是沿海地區(qū)面臨的主要問題，更是世界農(nóng)林業(yè)面臨的重要問題之一。隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市土壤的鹽分、pH及其他污染物含量逐年增加，城市土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)嚴(yán)重惡化，園林植物在城市的生存及其正常的生長發(fā)育面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。桂花(Osmanthusfragrans)作為中國十大傳統(tǒng)名花之一，不僅具有很高的文化價值，而且集園林應(yīng)用[1]、藥用保健[2]等多種功能于一體，研究桂花在鹽脅迫條件下的生理響應(yīng)有助于篩選耐鹽桂花品種在鹽漬化地區(qū)的綠化美化，然而迄今為止，中國關(guān)于桂花耐鹽脅迫的研究還未見報道。因此，本研究通過不同濃度梯度的NaCl脅迫處理后對桂花3個品種的鹽害指數(shù)(SI)、實際光化學(xué)效率(ΦPSII)、最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、葉綠素(chl)含量進(jìn)行測定，以期為進(jìn)一步探討鹽脅迫對桂花的影響及其耐鹽適應(yīng)性研究，為城市園林中桂花養(yǎng)護(hù)管理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

潢川金桂(O.fragrans‘Huangchuan Jingui’)、笑秋風(fēng)(O.fragrans‘Xiao Qiufeng’)、大葉銀桂(O.fragrans‘Daye Yingui’)盆栽1a生實生苗。在溫室中將1a生實生苗(苗高10 cm)移栽于內(nèi)徑15 cm，高10 cm的盆內(nèi)，基質(zhì)為去離子水洗凈的河沙，每品種240株，每盆種植3株。盆栽試驗在南京林業(yè)大學(xué)溫室進(jìn)行，指標(biāo)測定在南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院實驗室完成。

試驗采用3因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，模擬蘇北土壤含鹽量[3]，采用含有NaCl(40、70、100 mmol·L-1)的Hoagland溶液澆灌處理組，對照組為不含NaCl的Hoagland溶液。為避免鹽激效應(yīng)，在正式處理前先進(jìn)行預(yù)處理(40 mmol·L-1)，以后每2天澆灌預(yù)定濃度溶液1次，每次增加30 mmol·L-1，每次澆0.5 L·盆-1(保證離子完全代換)。達(dá)到各處理濃度的當(dāng)天為處理0 d，處理19 d后選取植株測定熒光參數(shù)并進(jìn)行破壞性取樣，測定葉綠素含量，期間每天觀察記錄植株的受害癥狀。每處理3盆，3次重復(fù)。

1.2 試驗儀器

紫外可見分光光度計(島津UV-2450/2550)、電導(dǎo)儀(雷磁DDS-308A)、精密天平、等離子體發(fā)射光譜儀(深圳華科易通HK-8100)、FMS2型脈沖調(diào)制式熒光儀(英國Hansatech)。

1.3 指標(biāo)測定及數(shù)據(jù)處理

1.3.1 鹽害指數(shù)的測定 對全部植株進(jìn)行觀察，根據(jù)葉片受害程度劃分鹽害等級并賦值，計算幼苗在不同NaCl脅迫條件下的鹽害指數(shù)[4]。

SI=(1×n1+2×n2+3×n3+4×n4)/(4×m)

(1)

式中：n1、n2、n3、n4分別為不同鹽害級別的受害株數(shù)；m為總株數(shù)。0級為全株無鹽害癥狀；1級為輕度鹽害，少部分(小于20% )葉片邊緣有輕微發(fā)黃、枯焦、脫落癥狀；2級為中度鹽害，近50%葉片發(fā)黃、枯焦或脫落；3級為重度鹽害，50% 以上的葉片發(fā)黃、枯焦或脫落；4級為極重度鹽害，90% 以上葉片枯焦、脫落或植株死亡。

1.3.2 葉綠素含量的測定 桂花葉綠素的提取方法參考郝再彬[5]的試驗方法。

以體積分?jǐn)?shù)為95% 的乙醇為空白，在波長為665、649、470 nm下測定吸光度。

葉綠素濃度計算公式為：

Ca=13.95A665-6.88A649Cb=24.96A649-7.32A665

(2)

葉綠素含量的計算公式為:

A=n×C×N×W-1×10-3。

(3)

式中：A為葉綠體色素(mg·g-1)；n為提取液體積(mL)；C為色素的質(zhì)量濃度(mg·L-1)；N為稀釋倍數(shù)；W為樣品鮮重(g)。

1.3.3 熒光參數(shù)的測定 每個處理選擇5株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，每株選定中上部向光葉片；利用FMS2型脈沖調(diào)制式熒光儀，測定初始熒光Fo、最大熒光Fm、光下最大熒光Fm′、穩(wěn)態(tài)熒光Fs等熒光參數(shù)。測定暗適應(yīng)下葉片的Fo和Fm時，需要把葉片夾入暗適應(yīng)夾中暗適應(yīng) 20 min；熒光參數(shù)的計算參照GENTY等[6]及FMS2使用手冊。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 用 Excel 2000 進(jìn)行計算和作圖，SPSS 19.0分析軟件分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下鹽害指數(shù)的變化

3個桂花品種對鹽脅迫的反應(yīng)有差異，隨著鹽濃度的升高，桂花品種的鹽害指數(shù)也呈現(xiàn)增加的趨勢(表1)。觀察發(fā)現(xiàn)，最早出現(xiàn)鹽害癥狀的是笑秋風(fēng)和大葉銀桂，在100 mmol·L-1的鹽濃度下處理第5天時出現(xiàn)下部葉片發(fā)黃、新葉邊緣發(fā)焦的現(xiàn)象；70 mmol·L-1處理的潢川金桂在第 8 天 時出現(xiàn)相同現(xiàn)象。70、100 mmol·L-1處理的笑秋風(fēng)在處理第10 天 ，出現(xiàn)下部葉片死亡枯萎現(xiàn)象，上部葉片長勢良好；處理第19 天 ，100 mmol·L-1NaCl濃度處理下，笑秋風(fēng)保持相對較高的生長勢，鹽害系數(shù)較低。低濃度的鹽分對潢川金桂的影響較小，脅迫第19天，只表現(xiàn)為零星葉緣發(fā)焦，但高濃度(100 mmol·L-1)的鹽脅迫處理下，潢川金桂植株全部受害。大葉銀桂在處理第12天時，出現(xiàn)個別植株死亡，處理中期，低濃度鹽分對植株影響較小，只出現(xiàn)零星葉片掉落，生長勢良好，中、高濃度處理與笑秋風(fēng)的表現(xiàn)類似，處理后期，大葉銀桂約2/3葉片發(fā)黃，但仍保持良好的生長狀態(tài)。

2.2 鹽脅迫對不同桂花品種光合特性的影響

隨著鹽脅迫的增強，3個桂花品種的實際光化學(xué)效率(ΦPSII)均呈現(xiàn)下降趨勢，說明鹽脅迫抑制了植物的光化學(xué)反應(yīng)。在40、70、100 mmol·L-1鹽濃度脅迫下，笑秋風(fēng)的ΦPSII 比對照分別下降了14.08 %、21.97 % 和49.69 % ，各濃度間差異顯著；潢川金桂的ΦPSII 比對照分別增加 0.16 %、下降8.13 % 和45.86 % ；笑秋風(fēng)的ΦPSII分別下降8.27 % 、26.10 % 、39.24 %。其中潢川金桂和大葉銀桂的高濃度和中低濃度間差異顯著，但不同濃度處理時品種之間的差異均不顯著(圖1)。

表1 鹽脅迫處理19 d 后3個桂花品種的鹽害指數(shù) Table 1 Salt injury index of three cultivars of Osmanthus fragrans under salt stress after 19 days

注：小寫字母表示相同濃度不同品種間差異顯著(P<0.05)；大寫字母表示同一品種不同處理濃度間差異顯著(P<0.05)。下同。

Note: Lowercase letters indicate significant difference between different cultivars of the same concentration(P<0.05)；Uppercase letters mean significant difference between different concentrations to deal with the same cultivars(P<0.05). The same as below.

圖1 鹽脅迫對3個桂花品種實際光化學(xué)效率的影響
Fig.1 Effects of salt stress on the actual photochemical efficiency of threeO.fragranscultivars

不同濃度鹽脅迫下，3個桂花品種的最大光化學(xué)效率總體上隨著處理濃度的升高呈下降趨勢。在40、70、100 mmol·L-1的鹽濃度處理下，笑秋風(fēng)的Fv/Fm值分別下降了1.1%、0.92%、2.36%；潢川金桂的值分別下降了0.91%、7.95%、15.56%；大葉銀桂的Fv/Fm值分別下降了0.38%、7.36%、1.89%。方差分析和多重比較顯示，笑秋風(fēng)和大葉銀桂不同濃度間均無顯著差異，僅潢川金桂在100 mmol·L-1處理值與中低濃度處理值間有顯著差異，并且與另2個桂花品種也有顯著差異(圖2)。試驗表明在70 mmol·L-1鹽濃度脅迫下，笑秋風(fēng)的最大光化學(xué)效率受到的影響最小，與鹽害指數(shù)值對應(yīng)，因此認(rèn)為笑秋風(fēng)對中等濃度鹽脅迫耐受力較強。

圖2 鹽脅迫對3個桂花品種的最大光化學(xué)效率的影響Fig.2 Effects of salt stress on the maximal photochemical efficiency of three O.fragrans cultivars

2.3 鹽脅迫對葉綠素總量和葉綠素a/b的影響

3個桂花品種的葉綠素總量總體上隨著鹽脅迫的加強而呈下降趨勢，在40、70、100 mmol·L-1的鹽濃度處理下，笑秋風(fēng)的葉綠素總量比對照分別下降了23.37%、32.48%和35.82%，處理和對照間差異顯著；潢川金桂的葉綠素總量在40 mmol·L-1處理時增加了1.03 %(同PSII變化相似)，在70、100 mmol·L-1的鹽濃度處理下比對照下降了4.65% 和19.15 %，其中100 mmol·L-1處理值與中低濃度間差異顯著；大葉銀桂的葉綠素總量分別下降了7.48 %、9.19 %和8.03 %，各濃度間無顯著差異(圖3)。

圖3 鹽脅迫19 d對3個桂花品種葉綠素總量的影響Fig.3 Effects of salt stress after 19 days on the chlorophyll content of three O.fragrans cultivars

3個桂花品種的葉綠素a和葉綠素b的比值(a/b)變化見圖4。其中，潢川金桂的葉綠素a/b值在0、40 mmol·L-1濃度處理時顯著高于笑秋風(fēng)和大葉銀桂，且差異顯著，不同鹽濃度處理間也存在顯著差異；而笑秋風(fēng)和大葉銀桂各濃度處理間差異不顯著。100 mmol·L-1的鹽濃度處理時，3個品種間無顯著差異。

圖4 鹽脅迫處理19 d對3個桂花品種葉綠素a/b的影響 Fig.4 Effects of salt stress after 19 days on the chlorophyll a/b of three O.fragrans cultivars

3 結(jié)論與討論

在NaCl脅迫下，鹽害指數(shù)可以反映NaCl脅迫對植物生長的綜合傷害程度。桂花品種的鹽害指數(shù)隨著鹽濃度的升高呈現(xiàn)增加的趨勢，這與駱建霞等[7]人的鹽害試驗結(jié)果一致。綜合考慮鹽害癥狀出現(xiàn)的時間、鹽害率、鹽害指數(shù)等因素可以初步確定3個桂花品種的耐鹽性強弱排序為：笑秋風(fēng)>潢川金桂>大葉銀桂。

鹽脅迫植物降低光合作用的原因有多方面，如鹽脅迫影響CO2擴(kuò)散到結(jié)合部位，抑制同化產(chǎn)物轉(zhuǎn)移，氣孔因素、非氣孔因素等。鹽脅迫初期海濱錦葵光合降低的主要因素是氣孔限制，在后期非氣孔限制因素逐漸開始起作用，CO2補償點隨鹽濃度增加的幅度越來越大。因此，光合產(chǎn)物的損耗增加，實際光化學(xué)效率、最大光化學(xué)效率均降低；這與本研究得出的結(jié)論，NaCl脅迫降低了試驗中3個桂花品種的實際光化學(xué)效率和最大光化學(xué)效率一致。

葉綠素含量的多少在一定程度上反映了植物光合作用強度的高低，從而影響植物的生長，因此，葉綠素含量不僅是直接反映植物光合能力的一個重要指標(biāo)，而且是衡量植物耐鹽性的重要生理指標(biāo)之一。綠色植物葉綠素包括葉綠素a、b 2種；鹽脅迫條件下，葉綠素含量隨鹽濃度的升高而下降，并且高濃度處理的葉綠素總量與對照差異顯著或極顯著(圖3)；葉綠素 a 和葉綠素 b 的比值總體上也是隨鹽濃度升高而呈現(xiàn)先高后低的趨勢。許祥明等[8]認(rèn)為植物的葉綠素含量下降主要是由于葉綠素酶對葉綠素 b 的降解所致，對葉綠素 a 的影響較小，所以葉綠素a/b的比值上升。CONCEICAO[9]的試驗也表明隨著NaCl 濃度的增加，葉綠素含量和熒光性(Fm)下降，25 mmol·L-1NaCl 濃度處理下葉綠素酶活性增強，高濃度(50、100 mmol·L-1)抑制葉綠素前體——氨基酮戊酸(5-aminolaevulinic acid)的合成，并且鹽脅迫對葉綠素合成的影響遠(yuǎn)大于葉綠素酶降解。因此，葉綠素 a/b 值總體上也是隨鹽濃度升高而呈現(xiàn)先高后低的趨勢。其原因可用許詳明等[8]和 CONCEICAO[9]的研究結(jié)果證實，即低濃度 NaCl 脅迫主要是葉綠素酶活性增強導(dǎo)致桂花葉綠素總量下降，并且葉綠素 a/b 值較高；高濃度 NaCl 抑制葉綠素前體的合成，并且其效果遠(yuǎn)大于葉綠素酶。MEHTA等[10]的研究發(fā)現(xiàn)，高鹽脅迫后PSII受體側(cè)完全可修復(fù)，但是供體側(cè)只有不足85%可以修復(fù)。因此，高鹽脅迫對PSII供體側(cè)損害比受體側(cè)更嚴(yán)重。雖然高鹽脅迫對PSII供體的損害遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PSII的受體，但是這足以限制PSII的光合特性。

[1] 汪小飛,史佑海,向其柏.中國古典園林與現(xiàn)代園林中桂花應(yīng)用研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報2006,5(2)：85-87

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[3] 劉廣明,楊勁松,姜艷.江蘇典型灘涂區(qū)地下水及土壤的鹽分特征研究[J].土壤,2005, (37)：163-168.

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(責(zé)任編輯：李 瑩)

Photosynthetic response of threeOsmanthusfragranscultivars to NaCl stress

YANG Xiulian, MU Hongna, HAO Liyuan, WANG Lianggui

(College of Landscape Architecture of Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

The effects of salt injury index, leafΦPSII,Fv/Fmand Chlorophyll content of three one-year-oldOsmanthusfragranscultivars were investigated by using low,moderate and high NaCl concentrations.The results showed that the salt index increased with the increase of stress intensity and duration,while leafΦPSII,Fv/Fmand Chlorophyll content were reduced.There was no significant difference when these seedlings were treated with 40 mmol·L-1NaCl which was melted in Hoagland solution.But there was significant difference when treated by 70 mmol·L-1and 100 mmol·L-1NaCl respectively,whereas there was no significant difference among the three different cultivars.

Osmanthusfragrans; NaCl stress; salt injury index;ΦPSII; chlorophyll

2014-11-17

江蘇省科技支撐項目(BE2011367);國家林業(yè)局公益性行業(yè)專項(201204607)；江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目(PAPD)

楊秀蓮( 1970-) ，女，浙江諸暨人，博士，副教授，從事園林植物研究和應(yīng)用。

1000-2340(2015)02-0195-04

S685.13

A