外源脯氨酸對鹽脅迫下芹菜生長及光合特性的影響

高彥強(qiáng)，頡建明，王 成，虎麗霞，韓康寧，常有麟，張 婧

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

【研究意義】鹽脅迫已成為世界范圍內(nèi)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最嚴(yán)重的非生物脅迫因子[1]。土壤鹽堿化嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)和健康發(fā)展，是當(dāng)今世界較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)問題之一[2]。中國現(xiàn)有耕地面積中約有6.82%為鹽漬化土地[3]，土壤鹽漬化導(dǎo)致作物品質(zhì)降低，安全品質(zhì)難以保障，抑制作物生長，嚴(yán)重制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4]。因此，在土壤鹽漬化風(fēng)險(xiǎn)增加的大趨勢下，采取合理措施提高植物耐鹽性，開發(fā)利用鹽漬土有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】脯氨酸（proline，Pro）是一種小分子的滲透物質(zhì)，對細(xì)胞無毒副作用，是植株內(nèi)最重要的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。干旱、高溫、低溫、鹽漬、冰凍、大氣污染等逆境均會造成植株內(nèi)脯氨酸的積累[5]。顏志明等[6]研究表明，外源脯氨酸可以抑制鹽脅迫下甜瓜幼苗葉綠素含量的下降，增強(qiáng)光合作用，緩解鹽脅迫對幼苗的傷害。劉書仁等[7]研究表明，外源脯氨酸可以顯著提高高溫脅迫下黃瓜幼苗葉片Pn、Gs、WUE、Fv/Fm、Y（Ⅱ）及qP。劉俊英[8]研究表明，1 mmol/L脯氨酸能夠緩解鹽脅迫對加工番茄植株的傷害。陳奮奇等[9]研究表明，外源Pro 處理可以有效緩解鹽脅迫對玉米幼苗根系和地上部生長的抑制作用?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】芹菜（Apium graveolensL.）為傘形科一年或多年生草本植物，在我國各地廣泛種植，是重要的藥食同源蔬菜，富含鈣、磷、鐵、胡蘿卜素及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值，深受廣大消費(fèi)者的喜愛[10]?，F(xiàn)階段，芹菜栽培多采用設(shè)施栽培[11]。然而伴隨化肥的過量使用，設(shè)施農(nóng)業(yè)的土壤次生鹽漬化現(xiàn)象也越來越突出[12]。已有研究表明，鹽脅迫能抑制芹菜的生長和光合作用，降低芹菜的品質(zhì)[13]。但目前外源物質(zhì)調(diào)控芹菜耐鹽性方面的研究卻鮮有報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)通過對芹菜植株進(jìn)行鹽脅迫與外施Pro處理，探究外源脯氨酸對鹽脅迫下芹菜生長及光合特性的影響，以期為鹽堿條件下芹菜的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供理論及技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和試驗(yàn)地概況

供試芹菜為‘美國西芹’，具有抗病性好、耐低溫、產(chǎn)量高、纖維少、品質(zhì)佳等特點(diǎn)。脯氨酸（≥99%）購自上海麥克林生化科技有限公司（麥克林Macklin）。在蘭州新區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)投資集團(tuán)有限公司育苗溫室內(nèi)育苗。當(dāng)幼苗長至兩葉一心后，選取長勢整齊的幼苗，定植于裝有基質(zhì)（栽培基質(zhì)∶蛭石∶珍珠巖=3∶1∶1）的塑料花盆中（20 cm×20 cm），每盆3 株。試驗(yàn)在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)（36°05′39.86′N，103°42′31.09′E）的玻璃溫室中進(jìn)行，溫度（20±2）°C/（15±2）°C（晝/夜），光周期為13～14 h，光強(qiáng)為800～1 200 μmol/（m2·s），相對濕度60%～70%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

芹菜幼苗定植7 d后，于每天09：00時(shí)噴施相應(yīng)濃度脯氨酸溶液，連續(xù)噴施7 d。之后，用100 mmol/L NaCl 溶液澆灌，每隔3 d 澆灌1 次，每次每盆300 mL，共3 次。定植30 d 后測定相關(guān)指標(biāo)。試驗(yàn)設(shè)置9 個處理（表1），采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每處理45株。

表1 試驗(yàn)不同處理Tab.1 Test different treatments

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)測定 采用直尺和游標(biāo)卡尺測定各處理芹菜株高和莖粗；用萬分之一天平稱取植株地上部分和根系鮮重，然后各部分在105 ℃鼓風(fēng)干燥箱中殺青30 min，再將溫度調(diào)至80 ℃烘干至質(zhì)量恒重，測其干重。將各處理的芹菜切除地上部，洗凈根系后放入根系分析系統(tǒng)（Win RHIZO Pro LA2400，Canada）獲得圖像，并用軟件Win RHIZO 5.0進(jìn)行根系形態(tài)指標(biāo)的分析。

1.3.2 葉綠素含量測定 葉綠素含量參照高俊鳳[14]的方法測定。取新鮮葉片，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)80%丙酮提取葉綠素，采用UV-1780分光光度計(jì)（Shimadzu，Japan）測定提取液在645 nm、663 nm及470 nm處的吸光值，并計(jì)算葉綠素a（Chl-a）、葉綠素b（Chl-a）、總?cè)~綠素（Chl-total）含量。

其中，V為樣品提取液總體積（mL），W為樣品質(zhì)量（g）。

1.3.3 光合氣體交換參數(shù)測定 使用Ciras-2（PP System Inc.，Amesbury，MA01913，USA）便攜式光合儀，于晴天09：00—11：00測定芹菜葉光合氣體交換參數(shù)：凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）及胞間CO2濃度（Ci）[15]。

1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定參照胡琳莉[16]的方法。利用調(diào)制式葉綠素?zé)晒獬上駜x（Walz，Effeltrich，Germany）測定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。每處理隨機(jī)選擇3株，經(jīng)過30 min暗適應(yīng)后，剪下第3片完全展開的功能葉，平展并固定在熒光儀的測定臺上。測定時(shí)，檢測光、光化光和飽和脈沖光的強(qiáng)度分別設(shè)定為：0.1、111和2 700 μmol/（m2·s），脈沖光時(shí)間0.8 s，時(shí)間間隔20 s，總共15次。設(shè)定好參數(shù)后，暗下的初始熒光Fo和最大熒光Fm通過打飽和脈沖光獲得，計(jì)算出PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）[17]。在光化光持續(xù)供給300 s后，在光化光下獲得穩(wěn)態(tài)熒光Fs；同時(shí)，在飽和脈沖光發(fā)出0.8 s后得到光下最大熒光產(chǎn)量Fm′。當(dāng)關(guān)閉光化光打開遠(yuǎn)紅光時(shí)，可獲得光下初始熒光Fo′。然后根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出光化學(xué)猝滅系數(shù)qP[18]，PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率Y（Ⅱ），有效光化學(xué)量子產(chǎn)量Fv′/Fm′及非光化學(xué)猝滅的量子產(chǎn)量Y（NPQ）[19]。

1.3.5 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)參數(shù)測定 葉綠素快速熒光誘導(dǎo)參數(shù)使用植物效率分析儀Handy PEA（Hansatech Instruments Ltd.）測定，計(jì)算公式見表2。測定前葉片充分暗適應(yīng)30 min，然后使用3 000 μmol/（m2·s）紅光誘導(dǎo)，測定時(shí)間為2 s。測定快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線（O-J-I-P熒光誘導(dǎo)曲線）。每次測定5株，根據(jù)測出的葉綠素?zé)晒饪焖僬T導(dǎo)動力學(xué)曲線，按照Strasser的O-J-I-P-test的分析方法計(jì)算各種熒光參數(shù)[20-21]。

表2 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)參數(shù)計(jì)算公式Tab.2 Formula for calculating dynamic parameters of rapid chlorophyll fluorescence induction

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2021 和Origin2021 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與作圖，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方差分析使用SPSS 20.0 軟件，并采用Duncan’s檢驗(yàn)法對顯著性進(jìn)行多重比較（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜株高和莖粗的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜株高和莖粗的影響如圖1所示。與CK1相比，100 mmol/L NaCl（CK2）處理的芹菜其株高和莖粗均顯著降低，分別降低30.7%和49.15%。與CK2處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度地提高了芹菜的株高和莖粗，且隨著濃度的增加呈先上升后下降的趨勢。P1-P4 處理芹菜的株高均顯著高于CK2 處理，分別增加22.15%、42.04%、27.77%及20.67%，P1-P6 處理芹菜的莖粗均顯著高于CK2處理，分別增加81.47%、92.67%、86.40%、61.73%、37.30%及34.57%。

圖1 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜株高和莖粗的影響Fig.1 Effects of different concentrations of proline on celery height and stem diameter under salt stress

2.2 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜生物量的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜生物量的影響如表3所示。與CK1相比，CK2處理芹菜葉片的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重及地下部干重均顯著降低，分別降低54.12%、70.22%、56.40%及73.88%。與CK2處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度地提高了芹菜的地上部鮮重、地上部干重及地下部干重，且隨著濃度的增加呈先上升后下降的趨勢，除P5處理外，其他脯氨酸處理均不同程度提高芹菜地下部鮮重。P2 和P3 處理芹菜的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重及地下部干重均顯著高于CK2 處理，P2 處理分別增加102.21%、167.92%、73.910%及192.24%，P3 處理分別增加94.02%、92.45%、50.84%及135.91%。

表3 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜生物量的影響Tab.3 Effects of different concentrations of proline on celery biomass under salt stress

2.3 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜根系形態(tài)建成的影響

將不同處理的芹菜根系用根系掃描儀掃描，并對根系進(jìn)行原位圖像分析，從圖2可知，與CK1相比，CK2處理抑制了芹菜根系的生長。不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜根系形態(tài)參數(shù)的影響如表4所示。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的總根長、總根體積、根尖數(shù)、總根表面積及分枝數(shù)均顯著降低，分別降低64.05%、52.56%、66.38%、58.75%及78.96%。與CK2 處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度地提高了芹菜的總根長、總根體積、根尖數(shù)、總根表面積及分枝數(shù)。P1～P3 處理芹菜的總根長、總根體積、根尖數(shù)、總根表面積及分枝數(shù)均顯著高于CK2 處理，P1 處理分別增加50.40%、19.25%、100.00%、33.85%及102.66%，P2 處理分別增加157.56%、122.05%、240.66%、139.00%及375.55%，P3 處理分別增加51.57%、37.68%、105.82%、43.87%及93.12%。

表4 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜根系形態(tài)參數(shù)的影響Tab.4 Effects of different concentrations of proline on morphological parameters of celery roots under salt stress

圖2 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜根系形態(tài)建成的影響Fig.2 Effect of different concentrations of proline treatment on root morphogenesis of celery under salt stress

2.4 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素含量的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素含量的影響如圖3所示。與CK1相比，CK2處理芹菜葉片的葉綠素a、葉綠素b 及總?cè)~綠素含量均顯著降低，分別降低40.32%、43.03%及41.05%。與CK2處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度地促進(jìn)了葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素的積累，且隨著濃度的增加呈先增加后下降的趨勢。P2處理芹菜葉片的葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量均顯著高于CK2處理，分別增加22.12%、26.77%及23.34%。

圖3 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素含量的影響Fig.3 Effects of different concentrations of proline on chlorophyll content of celery leaves under salt stress

2.5 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片光合參數(shù)的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片光合參數(shù)的影響如圖4所示。與CK1相比，CK2處理芹菜葉片的Pn（圖2A）、Gs（圖2B）及Tr（圖2D）均顯著降低，分別降低39.24%、27.29%及32.43%；與CK2 處理相比，P1～P6處理均不同程度提高芹菜葉片的Pn、Gs及Tr，且隨著濃度的增加呈先增加后下降的趨勢；P1和P2處理芹菜葉片的Pn 和Gs均顯著高于CK2處理，P1處理分別提高56.25%和31.64%，P2處理分別提高60.42%和31.90%。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的Ci（圖2C）顯著提高，提高14.45%；與CK2 處理相比，P2 和P4-P7 處理均不同程度降低芹菜葉片的Ci，其中P5 和P6 處理芹菜葉片的Ci均顯著低于CK2處理，分別降低12.63%和12.16%。

圖4 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片光合參數(shù)的影響Fig.4 Effects of different concentrations of proline on photosynthetic parameters of celery leaves under salt stress

2.6 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

圖5 為不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片Y（Ⅱ）、qP 及qN 的熒光成像圖。鹽脅迫明顯降低了Y（Ⅱ）和qP，而升高了qN；葉片噴施脯氨酸后，隨著脯氨酸濃度增加傷害程度有所下降，其中P2 處理的緩解效果較好。

圖5 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉綠素?zé)晒獬上竦挠绊慒ig.5 Effects of different concentrations of proline on chlorophyll fluorescence imaging of celery under salt stress

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響如圖6 所示。與CK1 相比，CK2處理芹菜葉片的Fv/Fm（圖4A）、Y（Ⅱ）（圖4B）、qP（圖4C）及Fv′/Fm′（圖4E）均顯著降低，分別降低5.84%、23.63%、8.36%及16.78%；與CK2 處理相比，P1-P3、P5 及P7 處理均不同程度提高芹菜葉片的Fv/Fm，其中P1-P3 處理顯著提高，分別提高1.33%、1.37%及2.79%；與CK2 處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度提高芹菜葉片的Y（Ⅱ）和qP，且隨著濃度的增加呈先增加后下降的趨勢，其中P2 處理芹菜葉片的Y（Ⅱ）和qP 均顯著提高，分別提高33.31%和17.52%；與CK2 處理相比，P2、P3 及P5～P7 處理均不同程度提高芹菜葉片的Fv′/Fm′，其中P2 處理顯著提高，提高13.45%。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的Y（NPQ）（圖4D）顯著提高，提高68.80%；與CK2 相比，P2 處理芹菜葉片的Y（NPQ）顯著降低，降低43.54%。

圖6 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.6 Effects of different concentrations of proline on chlorophyll fluorescence parameters of celery under salt stress

2.7 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)（OJIP）曲線及JIP-test參數(shù)的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)（OJIP）曲線的影響如圖7 所示。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的OJIP 曲線發(fā)生明顯的變形，其整體熒光強(qiáng)度下降，O、J、I、P 相均大幅下降。與CK2 相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度地恢復(fù)鹽脅迫下OJIP 曲線，提高O、J、I 及P 相，其中P2處理OJIP曲線的恢復(fù)更為明顯。說明鹽脅迫環(huán)境下外源噴施Pro能夠緩解芹菜葉片光合電子QA向QB傳遞被抑制的現(xiàn)象。

圖7 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)（OJIP）曲線的影響Fig.7 Effects of different concentrations of proline treatment on chlorophyll fluorescence kinetics（OJIP）curve of celery leaves under salt stress

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜JIP-test 參數(shù)的影響如表5 所示。與CK1 相比，CK2 處理降低了ψEo，與CK2處理相比，P2處理提高了ψEo，P1及P3～P7處理均不同程度降低，但無顯著差異。與CK1相比，CK2 處理提高了Vi和dV/dto，降低了Vj，與CK2 處理相比，P1～P7 處理降低了Vi，而提高了Vj，P6 處理提高了dV/dto，P1～P5 及P7 處理降低了dV/dto，但無顯著差異。與CK1 相比，CK2 處理降低了PIABS，P2 和P4處理提高了PIABS，P1、P3及P5～P7處理均不同程度降低，但無顯著差異。

表5 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜JIP-test參數(shù)的影響Tab.5 Effects of different concentrations of proline treatment on JIP-test parameters of celery under salt stress

2.8 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片單位截面積能量分配的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片單位截面積能量分配的影響如表6所示。與CK1相比，CK2處理芹菜葉片的ABS/CSm、ETo/CSm 均顯著降低，分別降低5.17%、5.56%；與CK2 處理相比，ABS/CSm、ETo/CSm 均隨著脯氨酸濃度的增加呈先增加后下降的趨勢，其中P1和P2處理芹菜葉片的ETo/CSm 均顯著高于CK2 處理，分別提高4.87%和5.33%。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的DIo/CSm 顯著提高，提高6.63%；與CK2 處理相比，不同濃度的脯氨酸均不同程度降低芹菜葉片的DIo/CSm，其中P1～P6 處理均使芹菜葉片的DIo/CSm 顯著降低，分別降低5.55%、5.41%、4.48%、9.89%、7.82%及5.55%。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的TRo/CSm 降低，與CK2 處理相比，P1-P3 處理的TRo/CSm 提高，P4～P7 處理均降低，但無顯著差異。

表6 不同濃度脯氨酸對鹽脅迫下芹菜葉片單位截面積能量分配的影響Tab.6 Effects of different concentrations of proline on energy allocation per unit cross-sectional area of celery leaves under salt stress

2.9 不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片比活性參數(shù)的影響

不同濃度脯氨酸處理對鹽脅迫下芹菜葉片比活性參數(shù)的影響如表7所示。與CK1相比，CK2處理芹菜葉片的ABS/RC、ETo/RC 及TRo/RC 均顯著降低，分別降低8.04%、10.75%及4.71%；與CK2 處理相比，P1～P3、P5及P6均不同程度地提高ABS/RC 和TRo/RC，其中P2處理的ABS/RC 和TRo/RC 均顯著提高，分別提高5.98%和5.29%，P4和P7處理降低，但無顯著差異；與CK2處理相比，P1～P7處理均不同程度地提高ETo/RC，但無顯著差異。與CK1 相比，CK2 處理芹菜葉片的DIo/RC 顯著提高，提高21.18%，與CK2 處理相比，P1～P7 處理使芹菜葉片的DIo/RC 均顯著降低，分別降低19.78%、16.40%、17.16%、24.62%、18.83%、18.52%及23.63%。

表7 不同濃度脯氨酸對鹽脅迫下芹菜葉片比活性參數(shù)的影響Tab.7 Effects of different concentrations of proline on specific activity parameters of celery leaves under salt stress

3 討論與結(jié)論

鹽脅迫是主要的非生物脅迫之一，當(dāng)植物遭受鹽脅迫時(shí)，最直觀的表現(xiàn)是生物量積累的降低，而生物量可以直接反映逆境脅迫下植物適應(yīng)性指標(biāo)或外源物質(zhì)緩解程度[22-23]。李紅杰等[24]研究表明，鹽脅迫可以抑制芹菜幼苗生長。陳寶悅等[13]研究表明，NaCl脅迫可抑制芹菜的生長，株高、鮮重及干重隨NaCl濃度的增加逐漸降低。本研究發(fā)現(xiàn)，100 mmol/L的NaCl對芹菜的正常生長表現(xiàn)出明顯的抑制作用，顯著降低了芹菜株高、莖粗、鮮重、干重，總根長、總根表面積、總根體積、根尖數(shù)及分枝數(shù)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，葉面噴施適宜濃度的脯氨酸（0.3 mmol/L）能夠有效緩解鹽脅迫對芹菜植株生長的抑制，顯著提高芹菜株高、莖粗、鮮重、干重，總根長、總根表面積、總根體積、根尖數(shù)及分枝數(shù)。表明鹽脅迫顯著抑制了芹菜的生長和生物量的積累，而脯氨酸為適應(yīng)鹽脅迫環(huán)境作出了積極響應(yīng)，通過促進(jìn)芹菜生長和生物量的積累增強(qiáng)其在鹽脅迫環(huán)境中的耐受能力，這與外源脯氨酸對鹽脅迫下蘿卜幼苗生長的研究結(jié)果一致[5]。

葉綠體作為植物進(jìn)行光合作用的器官，是植物細(xì)胞中對鹽漬最敏感的細(xì)胞器之一。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素。蔡琪琪等[25]研究表明，中性鹽脅迫下甜菜幼苗的光合色素含量降低。柳國強(qiáng)等[26]研究表明，NaCl濃度超過60 mmol/L時(shí)，葉用萵苣的總?cè)~綠素含量顯著降低。高玲[27]研究表明，芹菜幼苗葉綠素含量的變化則是隨著鹽濃度和處理天數(shù)的增加而下降。本研究發(fā)現(xiàn)，100 mmol/L 的NaCl 顯著降低了芹菜葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量，葉面噴施適宜濃度的脯氨酸（0.3 mmol/L）能夠顯著提高葉綠素a、葉綠素b及總?cè)~綠素含量，說明脯氨酸可以減少鹽脅迫下光合色素的損失，這與顏志明等[6]的研究結(jié)果一致。鹽脅迫使植株體內(nèi)的分解葉綠素相關(guān)酶活性增強(qiáng)，促進(jìn)了葉綠素的降解，導(dǎo)致植株葉片的葉綠素含量降低[28-29]。然而，適宜濃度的脯氨酸能夠增強(qiáng)鹽脅迫下芹菜光合色素的穩(wěn)定性，表明脯氨酸可能通過降低芹菜植株體內(nèi)分解葉綠素相關(guān)酶活性，促進(jìn)葉綠素的積累，維持正常的光合作用[30]。

光合作用能將光能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物并放出能量，維持植物生長，是植物獲取能量和物質(zhì)的基本來源，對植物的生長發(fā)育具有重要意義[31]。鹽脅迫對植物生長和代謝的影響是多方面的，對光合作用的影響尤為突出。凈光合速率是植物對鹽脅迫響應(yīng)最敏感的有效生理指標(biāo)[32]，氣孔是水分和CO2進(jìn)出葉片的通道，對光合作用起著調(diào)節(jié)作用，通常在鹽脅迫下，葉片氣孔都有不同程度的關(guān)閉[33]。鹽脅迫下光合作用受抑制是多種因素共同作用的結(jié)果，既包括滲透脅迫引起的氣孔限制因素，也包括非氣孔限制因素。當(dāng)Ci和Gs同時(shí)下降，則氣孔因素是主要的；如Ci升高而Gs下降，則非氣孔因素是主要的[34]。本研究結(jié)果表明，與正常生長條件下的芹菜葉片相比，100 mmol/L 的NaCl 顯著降低了芹菜葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率，提高了胞間二氧化碳濃度，抑制了光合作用，這與袁穎輝、蘇蘭茜及鄭國琦的研究結(jié)果一致[35-37]。這表明芹菜葉片凈光合速率Pn的下降主要是非氣孔因素所致；而蒸騰速率Tr的升高說明在鹽脅迫過程中，芹菜可以通過改變蒸騰速率來調(diào)節(jié)礦質(zhì)鹽的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而減輕鹽脅迫的傷害。趙串串等[30]研究發(fā)現(xiàn)，外源脯氨酸可以提高Cd脅迫下‘107楊’的Pn、Gs、Tr，而降低Ci。本研究結(jié)果表明，外源Pro的噴施能緩解芹菜葉片Pn、Gs、Tr降低的幅度，能夠緩解鹽脅迫對芹菜葉片光合作用的傷害。這與顏志明等[6]的研究結(jié)果一致。由此推測，外源脯氨酸可以通過調(diào)節(jié)非氣孔因素緩解鹽脅迫對芹菜葉片光合作用的抑制。

葉綠素?zé)晒馀c光合作用效率密切相關(guān)，任何環(huán)境因素對光合作用的影響都可通過葉綠素?zé)晒夥从吵鰜韀14]。葉綠體在正常情況下吸收的光能主要通過光合電子傳遞、葉綠素?zé)晒夂蜔岷纳? 種途徑來消耗，這3 種途徑間存在著此消彼長的關(guān)系。因此，熒光變化可以反映光合作用的情況[38]。葉綠素?zé)晒鉃楣夂献饔玫牧己锰结?，其動力學(xué)參數(shù)是反映植物對光能的吸收、轉(zhuǎn)化、傳遞、分配情況[39]。通過分析葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化將有助于了解逆境脅迫損傷植物光合機(jī)構(gòu)的不同位點(diǎn)和程度。PSⅡ是光合機(jī)構(gòu)的重要組成部分，被認(rèn)為是逆境對光合器官破壞的原初位點(diǎn)之一[40]，在光合作用的光能轉(zhuǎn)換和電子傳遞過程中起著重要作用。Fv/Fm代表PSⅡ的最大光化學(xué)效率，反映了當(dāng)所有的光系統(tǒng)域（PSⅡ）反應(yīng)中心均處于開放態(tài)時(shí)的量子產(chǎn)量，可直接作為原初光化學(xué)效率的指標(biāo)。本研究結(jié)果表明，與正常生長條件下的芹菜葉片相比，100 mmol/L 的NaCl顯著降低了芹菜葉片的Fv/Fm 和Y（Ⅱ），F(xiàn)v/Fm和Y（Ⅱ）的顯著降低表明鹽脅迫使芹菜葉片PSⅡ潛在活性中心受損，抑制了PSⅡ的活性，這與卞鳳娥等[41]的研究結(jié)果一致。此外，實(shí)際光化學(xué)效率Y（Ⅱ）的降低將會影響ATP、NADPH 等同化力的形成，造成光合電子傳遞速率的下降[42]。qP 代表光化學(xué)猝滅系數(shù)，反映PSⅡ天線色素捕獲光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額；Fv′/Fm′代表PSⅡ有效光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映開放的PSⅡ反應(yīng)中心原初光能捕獲效率[43]。本研究結(jié)果表明，與正常生長條件下的芹菜葉片相比，100 mmol/L 的NaCl 顯著降低了芹菜葉片的qP 和Fv′/Fm′，顯著提高了芹菜葉片非光化學(xué)猝滅的量子產(chǎn)量（Y（NPQ））。qP 愈大，QA-重新氧化形成 QA的量愈大，即PSⅡ的電子傳遞活性愈大[41]。鹽脅迫使得qP 變小，證明從PSⅡ氧化側(cè)向PSⅡ反應(yīng)中心的電子流動受到抑制，導(dǎo)致光化學(xué)電子傳遞效率和光能利用率降低，用于光化學(xué)反應(yīng)的能量部分減少，光反應(yīng)受到抑制，這與束勝等[40]關(guān)于黃瓜幼苗葉片的研究結(jié)果一致，Y（NPQ）的上升也證實(shí)了這一結(jié)論。本研究結(jié)果表明，外源噴施0.3 mmol/L 的Pro 后，鹽脅迫下芹菜葉片F(xiàn)v/Fm、Y（Ⅱ）、qP、Fv′/Fm′升高，而Y（NPQ）降低，說明外源Pro 可以減輕鹽脅迫引起的光抑制，增強(qiáng)了光化學(xué)電子傳遞效率和光化學(xué)能的形成，表明用于光化學(xué)反應(yīng)的電子增加，以熱或其他方式耗散的光能減少，從而有效緩解了鹽脅迫對芹菜光合機(jī)構(gòu)的傷害，維持了PSⅡ的正常功能。這可能是噴施適宜濃度脯氨酸之后，芹菜植株在鹽脅迫環(huán)境下最大程度將光能用于光合作用，平衡光能分配，減輕光抑制程度，使芹菜葉片吸收的光能被用來碳固定的能量增加。

為了進(jìn)一步理解鹽脅迫對芹菜光合結(jié)構(gòu)傷害的位點(diǎn)和外源Pro提高光合器官性能的作用機(jī)制，本試驗(yàn)利用快速葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)來反映鹽脅迫下芹菜OJIP 曲線、JIP-test 參數(shù)、PSⅡ 單位截面能量分配及單個反應(yīng)活性中心能量分配的變化。OJIP曲線能夠反映大量有關(guān)PSⅡ光合電子傳遞過程中的信息[44]。本研究結(jié)果表明，鹽脅迫處理導(dǎo)致芹菜葉片OJIP 曲線發(fā)生明顯的變形，O、J、I、P相均大幅下降，外源Pro可使鹽脅迫下OJIP曲線逐漸恢復(fù)。Vi和Vj值分別表示I點(diǎn)和J點(diǎn)相對可變熒光強(qiáng)度，Vi增高表明PQ庫接受電子的能力下降，Vj值越大表明QA向QB電子傳遞效率越低，而dV/dto 反映了光合電子傳遞過程中QA被還原的最大速率。鹽脅迫處理顯著提高了Vi，降低了Vj。外源Pro降低了鹽脅迫下Vi和dV/dto。ψEo反映天線吸收的能量傳遞到QB以下的效率[45]。本研究結(jié)果表明，外源噴施Pro 后ψEo值相較于鹽脅迫處理顯著增加，其Vi值則顯著減少，其變化趨勢與熒光動力學(xué)曲線中J 點(diǎn)熒光強(qiáng)度值變化趨勢一致。這表明施用外源Pro后明顯增加了葉片光合電子傳遞過程中QA向QB下游傳遞的效率。表明鹽脅迫阻礙了芹菜葉片光合電子由QA向QB的傳遞[46]，降低了天線吸收的能量傳遞到QB以下的效率，外源Pro有效緩解了上述受阻程度，緩解了鹽脅迫的傷害。光合性能指數(shù) PIABS可以反映光合功能，對逆境脅迫響應(yīng)非常敏感[47]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，外源噴施Pro 后，芹菜葉片PIABS顯著增加，表明外源Pro 提升了芹菜在鹽脅迫條件下的光合能力。本試驗(yàn)比較分析不同處理葉片單位截面積上的能量分配變化，結(jié)果顯示外源噴施脯氨酸后，0.3 mmol/L 脯氨酸處理可促進(jìn)鹽脅迫下單位面積電子傳遞的產(chǎn)額（ETo/CSm）增加，而單位面積熱耗散（DIo/CSm）減少。表明在鹽脅迫條件下，脯氨酸有助于保護(hù)芹菜單位截面PSII 反應(yīng)中心的活性，增加其吸收、捕獲以及用于電子傳遞的能量，降低耗散能量。本研究進(jìn)一步比較分析不同處理芹菜葉片在鹽脅迫下單個有活性反應(yīng)中心的能量分配變化，結(jié)果顯示，100 mmol/L 的NaCl 使單位反應(yīng)中心吸收的光能（ABS/RC）和單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量（TRo/RC）降低，而單位反應(yīng)中心耗散掉的能量（DIo/RC）增加，這意味著由于某些RC 失活，天線的有效平均吸收升高，增加的DIo/RC 進(jìn)一步表明，由于非活性RC的高耗散，總耗散與活性RC的比例增加。0.3 mmol/L脯氨酸處理可引起ABS/RC和TRo/RC增加，而DIo/RC減少，表明脯氨酸抑制了鹽脅迫下活性反應(yīng)中心對光能的耗散，以減輕其耗能負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了捕獲和用于電子傳遞的能量，從而提高了鹽脅迫下芹菜的光化學(xué)過程效率，以利于光合作用的順利進(jìn)行。這些發(fā)現(xiàn)表明，脯氨酸引起的光合防御能力的提高，一方面可能是增強(qiáng)了光合過程抵御鹽脅迫的能力，另一方面還可能是激發(fā)的額外能量被轉(zhuǎn)化為傳輸電子。

綜上所述，100 mmol/L NaCl顯著抑制了芹菜的正常生長，外源Pro（0.3 mmol/L）可以明顯改善鹽脅迫下芹菜的生長，能夠提高鹽脅迫條件下芹菜葉綠素含量，有效緩解PSⅡ受到的傷害，促進(jìn)芹菜葉片光合電子傳遞過程中電子QA向QB的傳遞，改善鹽脅迫下芹菜葉片的光合性能，增強(qiáng)光合作用，促進(jìn)植株生長。