鹽脅迫對甘草葉片光合色素含量和光合生理特性的影響

王丹 萬春陽 侯俊玲等

摘 要 采用LI-6400便攜式光合儀測定不同鹽脅迫處理下甘草的光合作用生理指標，并采用分光光度法測定甘草葉片中光合色素的含量變化。結果表明：9 g/L NaCl的鹽分脅迫降低了甘草葉片中葉綠素a（chl a）、葉綠素b（chl b）和類胡蘿卜素（car）含量，增加了chl a/chl b；對胞間CO2濃度（Ci）的影響不顯著；降低了凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）等光合生理指標。3 g/L和6 g/L NaCl的鹽分脅迫影響不顯著。這說明適當濃度的鹽脅迫可以影響甘草的光合生理作用，進而影響了甘草藥材的產量。結果為探討甘草對鹽脅迫的適應機理提供了理論依據。

關鍵詞 甘草；鹽脅迫；凈光合速率；蒸騰速率；氣孔導度；胞間CO2濃度；光合色素

中圖分類號 S567.71 文獻標識碼 A

甘草為豆科（Leguminosae）甘草屬（Glycyrrhiza Linn）甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）的干燥根及根莖。具有補脾益氣，清熱解毒，祛痰止咳，緩急止痛，調和諸藥的功效[1-2]，為常用的大宗中藥材，主要分布在內蒙古、新疆、寧夏、甘肅等省區，具有抗鹽堿、抗寒、抗旱、耐熱等特性，是中國三北干旱的鹽堿地區重要的植物資源之一[3-5]。同時，中國是世界鹽堿地大國，現有鹽漬土面積約3 469 萬hm2[6]，幾乎占全國陸地面積的1/3。鹽分可以對植物產生傷害作用，抑制其生長發育，限制其光合作用，進而影響產量和質量[7-9]。土壤鹽漬化已成為制約中國農業生產和中藥材種植等產業發展的重要因素。因此，充分研究和利用甘草等適宜生長在鹽漬地的植物和作物，不僅可以緩解土地資源短缺，改善生態環境，也可以提高甘草等藥材的產量，促進生態環境和經濟的共同發展。目前，國內外有關鹽分脅迫對甘草影響的研究多集中在鹽分對甘草生長、產量和藥材質量方面的影響，對于其光合作用的影響研究較少。因此，筆者設置不同濃度的NaCl處理以對甘草進行鹽脅迫，研究影響植物生長的重要生理活動指標、甘草葉片光合色素含量及光合生理特性變化，為探討甘草對鹽分脅迫的適應機理，擴大甘草栽培規模，開發利用鹽堿地區提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

樣品采購于內蒙古赤峰市一年生甘草苗，經北京中醫藥大學王文全教授鑒定為甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）。

1.2 方法

1.2.1 鹽脅迫試驗 試驗在北京中醫藥大學校藥用植物園中進行，采用蛭石盆栽培養法，將生長狀況一致的一年生甘草苗根修剪為20 cm，每盆24株，移栽于盛有蛭石和細沙（V ∶ V=6 ∶ 1）混合培養基質的花盆內，并且將花盆埋入地下，花盆上口與地面持平。以pH為7.0的Hoagland營養液提供植物所需營養成分，試驗初期每天澆灌1次，每盆澆灌2.0 L的Hoagland營養液，7 d后每7 d澆灌1次營養液，每盆2.0 L。待植株生長正常時進行鹽脅迫試驗，以Hoagland營養液為基礎溶液，分別向其中加入NaCl，配制成濃度分別為3、6、9 g/L NaCl 溶液，另外設置空白對照組（CK，不添加NaCl的Hoagland營養液），每7 d向花盆內澆灌1次處理液，每盆2.0 L，4 次重復。分別于鹽分處理后第35、75、105天，在光照強度相似的晴天，選取甘草植株主莖中部一級側枝中間二級側枝復葉的頂端小葉作為測試葉，進行測定。

1.2.2 測定方法 （1）葉綠體色素含量的測定。準確稱取植株中部正常生長的葉片0.20 g，去除主葉脈，剪成小塊，放入具塞刻度試管中，用10 mL 80%丙酮溶液浸提（避光），其間搖動3～4次，至葉片殘渣變為無色為止。取上清液1 mL，加入存有4 mL 80%丙酮的離心管中，震蕩搖勻，即可用分光光度計分別在波長645、663、470 nm下測定吸光度[10]。

（2）光合指標的測定。采用LI-6400便攜式光合儀測定葉片凈光合速率（Pn）、葉片氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、胞間CO2濃度（Ci）等光合指標，測定時段為10 ： 00～13 ： 00。測定時光強為（1 100±50）μmol/（m2·s），溫度為27 ℃左右，CO2濃度為360 μmol/mol左右，重復5次。

1.3 統計分析 所得結果錄入Excel并進行作圖，采用SAS 8.0軟件進行One-way ANOVA方差分析，并用LSD多重比較和相關性分析。數據采用 ± s表示。

2 結果與分析

2.1 鹽分脅迫對甘草葉綠體色素含量的影響

整個鹽分處理期間甘草葉片葉綠素a（chl a）、葉綠素b（chl b）、類胡蘿卜素（car）含量及chl a/b有顯著變化，各處理chl a、chl b、car含量較對照組均降低。

2.1.1 鹽分脅迫葉綠素a含量的影響 chl a含量呈先降低后升高的趨勢。處理35 d時，各處理組差異不顯著。在70 d和105 d時，9 g/L處理組極顯著或顯著低于對照組，并且第70天時，9 g/L處理組的chl a含量最低為0.927 mg/g，極顯著低于其他3個處理組。

chl b含量在整個處理期間呈下降趨勢，70 d時，9 g/L處理組極顯著低于對照組（p<0.01），3 g/L處理與對照組相比，差異不顯著，而在105 d時，3個處理組都極顯著低于對照組，分別降低了23.20%、37.51%和46.54%，其中9 g/L處理組降幅最大。

car的變化趨勢相似于chl a，以9 g/L處理下的為最低，同樣在70 d和105 d時各處理間差異極顯著（p<0.01）。

chl a/b值的變化在鹽分處理下不同于上述三者，呈逐漸上升的趨勢，且隨鹽濃度升高而升高，以9 g/L處理下為最高，但與其他3個處理組無顯著差異（p>0.05）。

2.2 鹽分脅迫對甘草光合生理特性指標的影響

2.2.1 鹽分脅迫對光合速率的影響 鹽分處理對甘草葉片凈光合速率（Pn）有顯著影響，各處理Pn較對照組相比均降低，且隨鹽處理的加大Pn下降程度也加大，其中3 g/L處理組略有降低，6 g/L和9 g/L和對照組相比下降顯著。鹽分處理下甘草生長的不同階段Pn變化不同，各處理Pn均呈先上升后略下降的趨勢，處理35 d時，9 g/L處理組極顯著低于對照組，降低了55.53%，而到105 d時，6 g/L和9 g/L處理組與對照組相比，差異極顯著，分別降低了10.75%和31.77%，而在70 d時各處理組間差異不顯著（p>0.05）。

2.2.2 鹽分脅迫對氣孔導度的影響 鹽分處理對甘草葉片氣孔導度（Gs）有顯著影響，各處理組Gs均低于對照組，且在甘草生長的不同階段顯著程度不同，處理35 d時，9 g/L處理組極顯著低于對照組（p<0.01），而到105 d時，各處理組均極顯著低于對照組（p<0.01），分別降低了19.12%、11.16%和18.76%。

2.2.3 鹽分脅迫對蒸騰速率的影響，Tr與Gs有著相似的變化趨勢，即整體呈上升趨勢，處理組均低于對照組，6 g/L和9 g/L處理組顯著低于對照組（p<0.05）。

2.2.4 鹽分脅迫對胞間CO2濃度的影響 鹽分處理對甘草葉片Ci有一定影響，由圖8可知，鹽分處理下Ci呈先升高后降低的趨勢，在處理前期（70 d前）各處理Ci較對照組相比降低，之后隨時間的延長，Ci不斷上升，到處理后期（105 d）均高于對照組，較對照組分別增加了18.19%、33.91%和36.74%。

2.3 鹽分脅迫下對甘草光合色素和光合生理特性指標的相關性分析

3 討論與結論

鹽脅迫可以直接影響植物的生長發育，同時鹽脅迫也會降低植物的光合速率，抑制光合作用，進而影響植物葉片中色素含量的變化，間接影響植物的生長[11-13]。并且，鹽分濃度越高，處理的時間越長，影響越明顯[8]。本研究結果表明，0.9%鹽分脅迫降低了chl a、chl b和car含量，增加了chl a / chl b，降低了Pn、Tr、Gs等光合生理指標，增加了Ci，相關性分析結果進一步證明鹽脅迫影響了甘草的光合生理作用。

鹽分脅迫處理下，甘草葉片葉綠素含量減少，主要是由于葉綠素酶對Chl b的降解所致，而對Chl a及Car含量影響較小[14]。在Carter等[15]的實驗中也發現鹽脅迫下的植株葉片有較高的Chl a/Chl b值，本文結果與該結果相一致。秦景等[16]研究發現鹽脅迫下沙棘幼苗葉Chl a、Chl b、總葉綠素、car含量和chl a / chl b均顯著低于對照組。鹽脅迫會導致植物葉片葉綠素含量降低，Chl b這種捕光色素含量的降低，使光捕獲減弱，活性氧的產生減少酶的抑制及蛋白質的降解減少，從而使植物更加耐鹽[17]。

在鹽害初期，鹽脅迫對光合作用的限制主要表現為氣孔限制，因為鹽漬土壤中水勢較低，造成植物吸水困難、葉片膨壓下降、氣孔關閉等，從而影響植物的光合作用[18-20]，但在長期鹽脅迫下，除了氣孔限制影響光合作用以外，還會產生其他很多限制植物光合作用的因素，稱之為非氣孔因素[21-22]。本文中，鹽分脅迫下甘草葉片的Pn、Tr、Gs均表現為隨鹽濃度加大而降低的趨勢，而Ci在脅迫早期，處理組低于對照組，脅迫后期卻高于對照組。這表明，甘草受鹽脅迫光合速率下降可分為2個時期，即在鹽分處理前期（短期），葉片Ci隨Gs而降低，使光合速率降低，說明前期（短期）光合速率下降的主導因素為氣孔因素，之后雖然氣孔導度減小，但葉片Ci高，說明隨時間的延長（長期）光合速率下降逐漸以非氣孔因素為主，即葉肉細胞光合活性下降。陳健妙等[23]研究了鹽脅迫對麻瘋樹幼苗生長和葉片光合生理的影響，結果表明，鹽脅迫既可以直接影響植物的生長，也可以通過抑制光合作用而間接影響植物的生長，即鹽分過多使磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEP羧化酶）和核酮糖二磷酸羧化酶（RUBP羧化酶）活性降低，葉綠體趨于分解，葉綠素被破壞，葉綠素和類胡蘿卜素生成受阻，氣孔關閉，光合速率下降，進而影響產量。

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責任編輯：趙軍明