混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮的葉片滲透調(diào)節(jié)及葉綠素?zé)晒馓匦?)

張鳳娥 張麗娟 高東菊

(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院，上海，201699)(河北旅游職業(yè)學(xué)院)(上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

土壤鹽漬化是土地荒漠化和土地退化的主要類型，也是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要因素。土壤鹽漬化不僅影響人民的生產(chǎn)生活，而且是植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要非生物脅迫[1-2]。高濃度的鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致活性氧自由基和有毒離子在植株體內(nèi)大量積累，對(duì)植株細(xì)胞正常的生理代謝造成破壞，影響植物生長(zhǎng)，降低植物的品質(zhì)和生產(chǎn)力[3]。因此，鹽脅迫已經(jīng)成為全球最普遍的限制植物健康生長(zhǎng)的主要形式。植物在光合作用的過(guò)程中，同化無(wú)機(jī)碳化物為有機(jī)化合物是保證植物逆境下正常存活的基礎(chǔ)[4]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)環(huán)境變化敏感，能夠反映植物耐受環(huán)境脅迫的能力和光合機(jī)構(gòu)受損害程度，對(duì)揭示植物非生物和生物脅迫的耐受能力具有重要作用[5-8]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2 指標(biāo)的測(cè)定

鹽脅迫處理40 d時(shí)，用烘干稱量法測(cè)量各處理植株的地上和地下生物量，計(jì)算根冠比(根冠比=(地下部分生物量/地上部分生物量)×100%)。

鹽脅迫的10、20、30、40 d時(shí)，分別取葉片作為待測(cè)樣品，將樣品于冰箱-80 ℃保存，用于后期生理生化指標(biāo)測(cè)定。葉片膜透性采用電導(dǎo)儀法測(cè)定；葉片的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度采用巴比妥酸(TBA)顯色法測(cè)定；可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用蒽酮比色法測(cè)定；脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用卡茚三酮法測(cè)定[11]。

鹽脅迫的10、20、30、40 d使用葉綠素儀測(cè)定各處理葉片的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；采用PAM-2500便攜式脈沖調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x，測(cè)定葉片的初始熒光值(F0)、最大熒光值(Fm)、光反應(yīng)中心(PSII)最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)、PSII潛在活性(Fv/F0)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(QP)和非光化學(xué)淬滅系數(shù)(QNP)。

1.3 隸屬函數(shù)

采用各指標(biāo)的變化幅度計(jì)算隸屬函數(shù)值[12]，如指標(biāo)與耐鹽堿性正相關(guān)，采用隸屬函數(shù)(1)，如果為負(fù)相關(guān)，則采用隸屬函數(shù)(2)。

Zij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)；

(1)

Zij=1-[(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)]。

(2)

式中：Zij為第i個(gè)脅迫濃度的j項(xiàng)指標(biāo)的隸屬值；Xjmax、Xjmin分別為j項(xiàng)指標(biāo)的最小值和最大值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS20.0的one-way ANOVA方差分析進(jìn)行數(shù)據(jù)的差異性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 混合鹽脅迫對(duì)鐵線蓮生物量的影響

由表1可知，不同混合鹽濃度脅迫下，2種鐵線蓮總生物量隨著脅迫濃度的提高而降低。T1處理，2種鐵線蓮總生物量、根部生物量和地上部分生物量與CK差異均不顯著(P>0.05)；T2處理，短尾鐵線蓮的各部生物量和總生物量與CK差異顯著(P<0.05)，而棉團(tuán)鐵線蓮的各部生物量和總生物量與CK無(wú)顯著差異；T3處理，短尾鐵線蓮的各部生物量進(jìn)一步降低，與T2處理差異顯著(P<0.05)，棉團(tuán)鐵線蓮各部生物量和總生物量與CK顯著差異(P<0.05)；T4處理，2種鐵線蓮的各部生物量和總生物量均降至各處理組的最低值，其中2種鐵線蓮的總生物量分別降至CK的66.9%和72.8%。短尾鐵線蓮的根冠比在經(jīng)過(guò)鹽堿脅迫后各處理組間呈小幅波動(dòng)趨勢(shì)，但各組間差異均不顯著。棉團(tuán)鐵線蓮的根冠比隨脅迫濃度提高雖有小幅上升，但各處理組之間差異亦不顯著。

表1 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮的生物量和根冠比

2.2 混合鹽脅迫對(duì)鐵線蓮細(xì)胞抗氧化性及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

由表2可知，2種鐵線蓮細(xì)胞膜透性均隨著混合鹽濃度增加而逐漸加大。脅迫10 d時(shí)，短尾鐵線蓮的膜透性T1處理變化不顯著，T2、T3、T4處理與CK相比變化顯著(P<0.05)。脅迫10 d時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮T1、T2處理的膜透性變化均不顯著，T3、T4處理與CK相比變化顯著(P<0.05)。脅迫20～40 d時(shí)，各處理組的膜透性進(jìn)一步增強(qiáng)且組間差異顯著(P<0.05)。從脅迫時(shí)間來(lái)看，2種鐵線蓮的膜透性隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)顯著增強(qiáng)，表明混合鹽脅迫對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)愈加嚴(yán)重。

表2 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮細(xì)胞膜透性變化

由表3可知，在不同混合鹽脅迫下，2種鐵線蓮葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度隨著脅迫程度的提高呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)。脅迫10 d時(shí)，短尾鐵線蓮各處理組與CK差異顯著(P<0.05)，棉團(tuán)鐵線蓮T2、T3、T4處理與CK差異顯著(P<0.05)。脅迫20～40 d時(shí)，葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度進(jìn)一步升高且組間差異顯著(P<0.05)，表明鹽堿脅迫造成了2種鐵線蓮脂質(zhì)過(guò)氧化作用。2種鐵線蓮葉片丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度均隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而提高，除短尾鐵線蓮的T3處理外，其余各處理組均在脅迫40 d時(shí)達(dá)到最高值。

表3 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮的丙二醛的質(zhì)量摩爾濃度變化

由表4可知，2種鐵線蓮葉片可溶性糖的含量隨脅迫濃度的增強(qiáng)而升高。在4個(gè)脅迫時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同處理的可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK(P<0.05)，且T4處理的葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于CK和其他處理(P<0.05)。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，2種鐵線蓮的葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也呈升高趨勢(shì)，表明2種鐵線蓮在脅迫環(huán)境中，通過(guò)消耗有機(jī)物的凈積累適應(yīng)鹽堿脅迫逆境。

由表5可知，在不同程度的混合鹽堿脅迫下，2種鐵線蓮葉片脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽堿脅迫濃度的提高表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。在4個(gè)脅迫時(shí)間節(jié)點(diǎn)，除短尾鐵線蓮在T1處理下脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與CK無(wú)顯著差異外，其余處理下與CK差異顯著(P<0.05)。T4處理，2種鐵線蓮的脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比CK均增長(zhǎng)7倍以上。2種鐵線蓮的脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)也呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，在脅迫40 d時(shí)達(dá)到最大值，表明2種鐵線蓮?fù)ㄟ^(guò)不斷合成脯氨酸來(lái)適應(yīng)離子脅迫。

2.3 混合鹽脅迫對(duì)2種鐵線蓮葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如表6所示，2種鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著鹽堿脅迫濃度的變化和脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。脅迫40 d時(shí)，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T1處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫20 d時(shí)，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T2處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫10 d時(shí)，短尾鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T3和T4處理與CK差異顯著(P<0.05)。

表4 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮葉片可溶性糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

表5 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮葉片脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

脅迫10 d時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理組間無(wú)顯著差異；脅迫40 d時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T2處理與CK差異顯著(P<0.05)；脅迫20 d時(shí)，棉團(tuán)鐵線蓮的葉綠素質(zhì)量分?jǐn)?shù)T3、T4處理與CK顯著差異(P<0.05)。

表6 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化

由表7可知，2種鐵線蓮的初始熒光值隨著脅迫程度的提高呈上升趨勢(shì)；短尾鐵線蓮的初始熒光值T2處理與CK差異顯著(P<0.05)，T4處理達(dá)到最大值；棉團(tuán)鐵線蓮的初始熒光值T3處理與CK差異顯著(P<0.05)。2種鐵線蓮的光反應(yīng)系統(tǒng)(PSII)潛在活性(Fv/F0)的變化趨勢(shì)與初始熒光相反，即隨著脅迫程度的提高而降低，T4處理降至最小值。短尾鐵線蓮的Fv/F0為CK的38.8%，棉團(tuán)鐵線蓮的Fv/F0為CK的30.9%；脅迫鹽堿濃度的增加，短尾鐵線蓮和棉團(tuán)鐵線蓮的光反應(yīng)系統(tǒng)(PSII)最大光化學(xué)量子產(chǎn)量(Fv/Fm)逐漸降低，T4處理，2種鐵線蓮的Fv/Fm值都降至最低，說(shuō)明2種鐵線蓮在T4處理脅迫下，PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率損失最嚴(yán)重。

短尾鐵線蓮的光化學(xué)淬滅系數(shù)隨著脅迫程度的提高逐漸降低，棉團(tuán)鐵線蓮的光化學(xué)淬滅系數(shù)則呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。2種鐵線蓮的非光化學(xué)淬滅系數(shù)則隨著脅迫的提高不斷上升，在T4處理脅迫下，短尾鐵線蓮和棉團(tuán)鐵線蓮的非光化學(xué)淬滅系數(shù)分別為CK的2.35、1.71倍。

表7 混合鹽脅迫時(shí)2種鐵線蓮葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化

2.4 混合鹽脅迫對(duì)2種鐵線蓮隸屬函數(shù)值的影響

由表8可知，棉團(tuán)鐵線蓮的平均隸屬函數(shù)值為0.65，短尾鐵線蓮的平均隸屬函數(shù)值為0.38，表明在同等鹽堿脅迫下，棉團(tuán)鐵線蓮幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累較快，對(duì)膜的損傷較小，光合系統(tǒng)功能受損程度比短尾鐵線蓮低，從而保證了棉團(tuán)鐵線蓮的在較高濃度鹽堿脅迫下仍然具有一定的耐鹽能力。

表8 2種鐵線蓮各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

3 結(jié)論與討論

植物的生物量能夠綜合反映鹽脅迫結(jié)果，直接體現(xiàn)植物生長(zhǎng)受抑制情況[13]。本研究中，短尾鐵線蓮的總生物量隨著混合鹽脅迫濃度的提高不斷降低，棉團(tuán)鐵線蓮在混合鹽(NaCl+NaHCO3)濃度60 mmol/L以下脅迫時(shí)，總生物量與CK無(wú)顯著變化。2種鐵線蓮在混合鹽(NaCl+NaHCO3)濃度90 mmol/L以上脅迫下，生長(zhǎng)均受到明顯抑制。棉團(tuán)鐵線蓮的生物量指標(biāo)與短尾鐵線蓮相比，變化稍平緩，受脅迫程度較低。

植物細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)逆境的敏感度較強(qiáng)，大多數(shù)植物細(xì)胞膜的透性在離子脅迫的早期就受到了破壞，致使大量離子和某些有機(jī)物質(zhì)外滲出細(xì)胞，進(jìn)而影響植物的正常生長(zhǎng)[14]。2種鐵線蓮的膜透性均隨著脅迫程度提高逐漸加大，其中短尾鐵線蓮的膜透性加大的程度更為顯著，表明短尾鐵線蓮對(duì)鹽堿的耐受性低于棉團(tuán)鐵線蓮。大多數(shù)植物為了適應(yīng)鹽堿脅迫，不斷累積小分子量的脯氨酸、可溶性糖等提升細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度調(diào)節(jié)滲透壓，從而避免細(xì)胞在高滲透壓下的過(guò)度失水，以保持細(xì)胞形態(tài)[15]。本研究中，在一定程度的離子脅迫下，2種鐵線蓮的可溶性糖、脯氨酸均表現(xiàn)出不斷升高的趨勢(shì)，這與有關(guān)的研究結(jié)論一致[16-20]，在高濃度鹽堿脅迫下，說(shuō)明2種鐵線蓮?fù)ㄟ^(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累提高對(duì)逆境的耐受能力。

葉綠素是植物吸收轉(zhuǎn)化光能的主要功能分子。葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)直接影響植物的光合速率及光合產(chǎn)物的產(chǎn)生[21]。本研究中，2種鐵線蓮的葉綠素含量隨著脅迫程度的提高不斷下降，這與鹽害誘導(dǎo)葉綠素酶活性增強(qiáng)、葉綠體逐漸解體有關(guān)[22]。CK處理的短尾鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比棉團(tuán)鐵線蓮高，但是隨著脅迫程度的提高，短尾鐵線蓮的葉綠素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比棉團(tuán)鐵線蓮下降幅度較大，也進(jìn)一步說(shuō)明棉團(tuán)鐵線蓮的耐鹽堿能力強(qiáng)。葉綠素?zé)晒饽芊从持参锕饽芪铡⒓ぐl(fā)能傳遞、光化學(xué)反應(yīng)、電子傳遞等光合作用的變化，其參數(shù)可表征植物對(duì)外部生物和非生物脅迫的抗性，光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性，光系統(tǒng)Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率，以及植物對(duì)不同生境的適應(yīng)能力[23-25]。本研究中，混合鹽脅迫導(dǎo)致光系統(tǒng)Ⅱ的潛在活性，光系統(tǒng)Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率不斷下降，表明短尾鐵線蓮和棉團(tuán)鐵線蓮在各濃度的鹽脅迫下均受到光抑制。

植物受到逆境脅迫后其生理機(jī)制較為復(fù)雜，本研究中，短尾鐵線蓮和棉團(tuán)鐵線蓮對(duì)混合鹽堿脅迫均有一定的耐受性。隸屬函數(shù)值越高越表明該種植物的抗逆性越強(qiáng)[26]，棉團(tuán)鐵線蓮的隸屬函數(shù)值大于短尾鐵線蓮，棉團(tuán)鐵線蓮的耐鹽堿能力高于短尾鐵線蓮。