NaCl單鹽脅迫對不結球白菜葉片光合特性的影響

孫菲菲，劉金平，王 夏，孫雪花，刁春武

（南京市蔬菜科學研究所 南京 210042）

NaCl單鹽脅迫對不結球白菜葉片光合特性的影響

孫菲菲，劉金平，王 夏，孫雪花，刁春武

（南京市蔬菜科學研究所 南京 210042）

為探討NaCl脅迫對不結球白菜光合特性的影響，以不結球白菜‘蘇州青’為試材，采用營養液水培的方法，研究了不同濃度NaCl（0，50，100，150，200 mmol·L-1）對不結球白菜幼苗葉片葉綠素含量、光合參數、熒光參數的影響。結果表明，鹽脅迫降低了不結球白菜葉片中光合色素含量；使不結球白菜的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、最大光化學效率顯著下降；PSⅡ有效光化學量子產量（Yield）、電子傳遞效率（ETR）、水分利用效率(WUE)、胞間CO2濃度（Ci）、光化學猝滅系數（qP）呈下降趨勢，非光化學猝滅系數（qN）呈上升趨勢。其中100 mmol·L-1的NaCl濃度對不結球白菜的抑制程度最大，這表明鹽脅迫能顯著影響不結球白菜的相關光合指標，且隨著NaCl濃度的增加，不結球白菜受到的脅迫損傷不斷加重。

不結球白菜；NaCl脅迫；光合特性

土壤鹽漬化是造成作物減產、絕產的最主要的非生物因素之一[1]，世界上近1/5的耕地和1/2左右灌溉耕作的土地都在不同程度上受到了鹽漬化的影響[2]，且土壤鹽漬化面積也在逐年增加。植物生長在鹽漬化土壤中會引發植物體內一系列生理生化反應失衡，如離子平衡、水勢、礦質營養、氣孔狀況和光合效率等，進而表現出植株生長速度減緩、產量和品質下降甚至絕收的情況[3]。因此，研究植物鹽脅迫具有重要的現實意義。

不結球白菜是我國分布最廣、栽培面積最大、最為大眾化的蔬菜之一，在我國尤其是南方日常生活的蔬菜生產和供應上占有十分重要的地位。隨著設施栽培面積的擴大，復種指數高、施肥不合理等一系列問題造成設施內土壤鹽漬化嚴重，不結球白菜產量和品質逐年下降。關于蔬菜耐鹽性的研究有很多，主要有番茄、辣椒、苦瓜、黃瓜[4-7]，鹽脅迫造成的傷害導致植物的生長發育受到抑制，這與鹽脅迫破壞了植株細胞光合生理結構進而導致植株的光合能力下降密切相關[8]。筆者采用營養液水培法模擬不結球白菜受NaCl脅迫環境，用不同濃度NaCl溶液處理不結球白菜幼苗，探究NaCl脅迫對不結球白菜幼苗葉片光合特征特性的影響，了解不結球白菜的耐鹽特性，為進一步探討不結球白菜在鹽脅迫下的生長生理響應機制奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為不結球白菜(Brassica campestrisssp.chinensisMakino)品種‘蘇州青’，由南京農業大學白菜課題組提供。試驗于2016年6—7月在南京市蔬菜科學研究所生理實驗室進行，不結球白菜的種子經蒸餾水浸泡4 h后，在25℃恒溫培養箱催芽，將種子露白后播入裝有蛭石+珍珠巖的穴盤中，子葉展平后澆1/2 Hoagland營養液。幼苗生長至4～5片真葉時隨機取樣測量。

1.2 試驗設計

營養液設置不同濃度的NaCl梯度對不結球白菜幼苗進行處理，共設5個處理，如下所示：

（1）1/2 Hoagland+0 mmol·L-1NaCl（CK）；

（2）1/2 Hoagland+50 mmol·L-1NaCl；

（3）1/2 Hoagland+100 mmol·L-1NaCl；

（4）1/2 Hoagland+150 mmol·L-1NaCl；

（5）1/2 Hoagland+200 mmol·L-1NaCl。

觀察其生長情況。每處理24株幼苗，設3次重復，處理期間每2 d更換1次營養液，以維持處理濃度的穩定性。

1.3 采樣及測定

1.3.1 葉綠素含量測定 用乙醇法[9]測定葉綠素含量，即選取光合功能葉0.2 g，剪碎浸于25 mL 95%乙醇中，24 h后取提取液，分別在665、649、470 nm波長下測定其吸光度。

1.3.2 光合氣體交換參數 選生長點以下第2片完全展開葉，用LI-6400便攜式光合儀[6]測定幼苗葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）等。葉室（2 cm×3 cm）內設定溫度 26℃，光強為600 μmol·m-2·s-1。每處理選 3 株。

1.3.3 葉綠素熒光參數 使用LI-6400便攜式光合儀[10]的6400測葉綠素熒光計測定葉綠素熒光誘導動力學參數，初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm），計算出可變熒光（Fv）、光系統Ⅱ（PSⅡ）最大光化學效率（Fv/Fm）、實際光化學效率（ΦPSⅡ）、光化學猝滅系數(qP)等參數，其中Fv＝Fm－Fo，ΦPSⅡ＝（Fm’-Fs）/Fm’，Fv’＝Fm’-Fo’，qP＝（Fm’-Fs）/（Fm’-Fo’），天線轉化效率Fv’/Fm’＝（Fm’-Fs）/Fm’。數據采用SPSS 22.0統計軟件Duncan新復極差法進行分析。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl對不結球白菜幼苗葉片光合色素含量的影響

由圖1可知，與對照相比，在不同濃度NaCl處理下，不結球白菜幼苗葉片中葉綠素a、b和類胡蘿卜素含量都明顯減少；且隨著NaCl溶液濃度的增加，葉綠素a、b含量的下降幅度增加，且都在200mmol·L-1處理下達到顯著水平。其中 200mmol·L-1處理下葉綠素a含量下降了51.74%，在150 mmol·L-1葉綠素b含量下降了41.15%。不同濃度NaCl處理下葉片的類胡蘿卜素含量也顯著降低，150 mmol·L-1NaCl處理的降幅最大，相比對照下降了45.75%；但50、100、200 mmol·L-1處理間差異不顯著。由上述分析可知，鹽脅迫在一定程度上破壞了不結球白菜幼苗葉片中的葉綠體結構。

圖1 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片葉素含量的影響

2.2 不同濃度NaCl對不結球白菜幼苗葉片光合參數的影響

由圖2－A可知，NaCl處理降低了不結球白菜幼苗葉片的凈光合速率（Pn），Pn隨著NaCl濃度的升高而減小，不同濃度處理間的差異顯著。200 mmol·L-1NaCl處理下Pn值最低。

圖2-A 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片凈光合速率的影響

由圖2－B可知，不同濃度的NaCl溶液處理下氣孔導度（Gs）顯著下降，50、100、150 mmol·L-1NaCl處理之間的Gs差異不顯著，但比對照分別下降了47.61%、48.67%、62.85%；200 mmol·L-1處理下的Gs比對照下降了73.99%。

由圖2－C可知，與對照相比，不同濃度NaCl處理下不結球白菜葉片胞間CO2濃度（Ci）有所下降。200 mmol·L-1NaCl溶液處理下的Ci值最低，比對照下降了31.11%。

圖2-B 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片氣孔導度的影響

圖2-C 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片胞間CO2濃度的影響

由圖2-D可知，NaCl濃度處理下不結球白菜葉片的蒸騰速率也有所下降。50、100、150 mmol·L-1NaCl處理下的Gs差異不顯著，比對照分別下降了37.71%、33.7%、43.83%；200 mmol·L-1NaCl處理下的Gs比對照下降了64.42%。

圖2-D 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片蒸騰速率的影響

2.3 不同濃度NaCl對不結球白菜幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

由圖3－A可知，不同濃度NaCl溶液處理降低了不結球白菜幼苗最大光化學效率，但50、100、150 mmol·L-1的NaCl處理間無顯著差異；與對照相比，200 mmol·L-1NaCl溶液處理使幼苗葉片Fv/Fm顯著降低，比對照下降了68.53%。

圖3-A 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片最大光化學效率的影響

圖3－B表明，鹽脅迫能夠降低不結球白菜幼苗葉片PSⅡ有效光化學量子產量（Yield），其中50、100 mmol·L-1NaCl處理與對照相比無顯著差異，150、200 mmol·L-1處理下的Yield與對照相比顯著降低，分別比對照下降了44.11%、65.72%。

圖3-B 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片PSⅡ有效光化學量子產量的影響

圖3－C表明，NaCl溶液能夠降低不結球白菜幼苗葉片表觀量子傳遞速率（ETR），100、150、200 mmol·L-1處理下ETR與對照相比顯著降低，分別比對照下降了19.79%、31.41%、71.12%。

圖3-C 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片表觀電子傳遞速率的影響

圖3－D表明，鹽脅迫能夠降低不結球白菜幼苗葉片光化學猝滅系數（qP），其中 50、100 mmol·L-1NaCl處理下的qP 比對照有所下降，150、200 mmol·L-1處理下qP與對照相比顯著降低，分別比對照下降了30.13%、65.75%。

圖3-D 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片光化學熒光猝滅系數的影響

圖3-E 不同NaCl濃度對不結球白菜葉片非光化學熒光猝滅系數的影響

圖3－E表明，鹽脅迫能夠提高不結球白菜幼苗葉片非光化學猝滅系數（qN），隨著NaCl處理濃度的升高qN呈上升趨勢，大于等于100 mmol·L-1處理下的qN與對照相比顯著升高，分別是對照的2.96、3.62、3.76 倍，其中 150、200 mmol·L-1處理間無顯著差異。

3 討論與結論

植物遭受鹽害的主要癥狀就是葉綠體結構被破壞，葉綠素含量減少，從而使葉片失綠，植株光合能力的下降，因此葉綠素含量變化能客觀反映脅迫環境對葉綠體結構和光合系統活性的影響[11]。葉片中光合色素主要是在光能的吸收、傳遞和轉化等光合作用過程中起重要作用，其含量高低直接影響著植物利用光能的能力和效率，最終影響植物的生長發育[12-13]。重多研究結果表明，在鹽漬化程度高的土壤中生長的葡萄、番茄、水稻、黃瓜等[14-17]多種蔬菜，其葉綠素含量和凈光合速率（Pn）都有明顯下降。本試驗中，同對照相比，不同濃度NaCl溶液處理都使不結球白菜幼苗葉片葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素含量有不同程度下降。這可能是由于高鹽環境激發了植物體中葉綠素分解酶的活性，加快了葉綠素的降解速度，同時相關葉綠素合成速度下降，從而造成葉綠素含量總體水平下降，降低了植物光合能力。

逆境條件引起植物光合速率的改變主要是由氣孔因素和非氣孔因素兩個條件所決定的，主要表現為胞間 CO2濃度（Ci）和氣孔導度（Gs）的相對變化。前人研究表明[18]，Ci和Gs同時下降則說明氣孔是引起植物光合速率下降的主要因素；如果Gs減少，而Gi維持不變甚至增加，說明引起植物光合速率下降的主要原因是葉肉細胞同化能力降低等非氣孔因素。本試驗中，NaCl溶液處理顯著降低了不結球白菜幼苗葉片的氣孔導度（Gs）和胞間CO2濃度（Ci），且Ci和Gs同時減少，這表明氣孔因素是造成鹽脅迫下不結球白菜幼苗葉片光合速率下降的主要原因。

近年來，葉綠素熒光動力學技術作為探測逆境對植物光合作用影響的理想方法已非常成熟，光系統Ⅱ（PSⅡ）最大光化學效率（Fv/Fm）是暗適應樣品光系統的最大量子產量，反映PSⅡ反應中心光能轉化效率；實際光化學效率（ΦPSⅡ）反映PSⅡ反應中心在部分關閉情況下的實際原初光化學效率[19]。本試驗結果表明，NaCl溶液處理下不結球白菜幼苗葉片ΦPSⅡ和qP均有所下降，這表明鹽脅迫降低了不結球白菜幼苗葉片同化CO2能力，使植物光合能力減弱。

本試驗結果表明，鹽脅迫下不結球白菜葉片內光合色素含量下降，光合效率下降，熒光系統受到破壞。結合前人和本試驗研究結果[20]，其原因可能是伴隨著鹽脅迫處理時間的延長，葉片細胞內氧化自由基含量顯著升高，葉綠體結構被破壞，氣孔關閉，氣孔導度降低，蒸騰速率隨之下降，直接阻斷了光合作用所必須的CO2來源，從而使凈光合速率降低，光合電子傳遞受阻，引起光合作用以及PSⅡ功能下降。

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Effects of salt stress on photosynthetic characteristics of Pak-Choi

SUN Feifei,LIU Jinping,WANG Xia,SUN Xuehua,DIAO Chunwu

（Nanjing Vegetable Scientific Research Institute,Nanjing 210042,Jiangsu,China）

The effect of different salt treatment on chlorophyll content photosynthetic characterists and cholorophyll fluorescence was studied in Pak-Choi variety‘Suzhouqing’as the tested material by hydropnic culture.The results showed that the cholorphyll content was decreased in non-heading cabbage with walt stress.The net photosynthetic rate(Pn),stomatal conductance(GS),transpiration rate(Tr),photosystemⅡ(Fv/Fm)was decreased significantly.And effective photochemical quantum yield(Yield)and electron transport rate(ETR)were also significantly decreased.Water use efficiency(WUE)and coefficient of photochemical quenching(qP)were slightly lower;intercellurlar carbon dioxide concentration(Ci)and non-photochemical quenching coefficient(qN)were significantly increased.The results indicated that there were significant effects on photosynthetic characteristics under salt stress and these parameters showed greater change under salt stress than that under root salt stress.

Non-heading Chinese cabbage；NaCl stress；Photosynthetic characteristics

2017-06-15；

2017-11-03

國家自然科學基金（31201634）；江蘇省自然科學基金（BK2012074）

孫菲菲，女，博士，高級農藝師，主要從事小白菜、蘿卜育種研究。Tel：025-86165330；E-mail：ffsun_2044@163.com