6種豇豆屬植物耐鹽性評價及光合特性研究

馮宇 周顏 楊虎彪 陳志堅 劉攀道

摘? 要? 采用沙培方法，研究鹽脅迫（300 mmol/L）對6種豇豆屬植物幼苗生長及光合特性的影響。結果表明：① 鹽處理6 d后，賊小豆的葉綠素（Chlorophyll，Chl）含量顯著降低，葉片相對含水量（Relative Water Content，RWC）、質膜透性（Electrolyte Leakage，EL）和枯葉率（Withered Leaf Rate，WLR）顯著增加，而濱豇豆均沒有顯著差異;主成分分析、相關分析及隸屬函數分析結果表明，WLR與EL呈極顯著正相關，RWC、Chl含量呈顯著負相關;主成分分析得到2個主成分PC1和PC2，可以解釋總變化的92.75%;隸屬函數排名表明，濱豇豆的耐鹽能力最好，賊小豆最差。② 濱豇豆的凈光合速率（Pn）、胞間CO₂濃度（Ci）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）、PSⅡ最大光化學效率（F_v/F_m）和最大熒光產量（F_m）、PSⅡ非調節性能量耗散[Y（NO）]均沒有顯著差異，而賊小豆除Y（NO）顯著增加外，其余均顯著降低。

關鍵詞? 鹽脅迫;濱豇豆;生理特性;光合作用;葉綠素熒光

DOI10.3969/j.issn.1000-2561.2018.12.013

鹽堿地在世界范圍分布廣泛，據聯合國教科文組織（UNESCO）和聯合國糧食及農業組織（FAO）的不完全統計，世界鹽漬土面積為9.543 8× 10⁸hm²，并且以每年1.0×10⁶～1.5×10⁶hm²的速度增長^[1]。我國鹽漬化土壤面積大，約3.69×10⁷hm²，且分布廣、類型多^[2]。隨著世界人口的增加，人類的生產活動使土壤鹽堿化日益加重^[3]。土壤的鹽漬化嚴重影響植物正常的生長發育，會破壞植物生物膜的功能，影響植物的光合作用，造成植物生理代謝紊亂，加速植物的衰老和死亡，提前結束植物的生命進程^[4]。因此，篩選耐鹽材料、研究耐鹽植物的生理機制對于促進鹽堿地的有效利用具有重要的意義。

豇豆屬植物約150種，分布于熱帶地區。我國有16種、3亞種、3變種，產于東南部、南部至西南部^[5]。濱豇豆（Vigna marina）是豆科（Leguminosaesp.）豇豆屬（Vigna）的多年生草質藤本，主要分布于我國的海南、廣東、香港以及臺灣。作為一種濱海鹽生植物，濱豇豆耐鹽、抗旱且結瘤能力強，不僅可以改良鹽堿地，還能增強土壤肥力，而且莖葉富含蛋白質，是優質的豆科牧草^[6]。赤小豆（Vigna umbellata Ohwi et Ohashi）不僅具有良好的藥用效果，而且適應能力較強，其種植對環境條件的要求不高，耐澇、耐旱、耐瘠薄，在黏土、沙土上都能正常生長，晚種早熟，生育期短，可以作為補種作物，栽培技術也簡單^[7-8]。賊小豆（Vigna minima （Roxb.） Ohwi et Ohashi）具有較高的營養價值，氨基酸含量高且齊全，含有豐富的微量元素，根部具有大量根瘤菌，能夠改良土壤結構，是我國寶貴的種質資源^[9]。野豇豆（Vigna vexillata Rich.）對重金屬具有較高的富集能力，可以修復改良土壤，還能夠作為食物添加劑，并且具有藥用價值^[10]。閩南飼用（印度）豇豆（Vigna uniguiculata‘Minnan）對紅壤土地的適應性強，作為一種優質的豆科牧草，不僅草的產量高、生長速度快，而且還耐旱耐酸和耐貧瘠，在改良土壤結構保持水土的同時，還可以做飼料和綠肥^[11]。綠豆（Vigna radiataWilczek）在我國分布廣泛，種植歷史悠久，營養品質高，具有藥用價值^[12]。

目前我國對豇豆屬植物耐鹽性的研究大多集中于對綠豆的研究^[13-14]，系統地對我國豇豆屬植物進行耐鹽性綜合評價的研究并不多。根據預試驗的結果，本研究以300 mmol/L的NaCl模擬鹽脅迫，研究其對豆科豇豆屬6種植物葉綠素含量、葉片相對含水量、電導率、枯葉率及光合生理指標的影響，初步評價豇豆屬植物的耐鹽特性，為豇豆屬種質資源耐鹽性鑒定、耐鹽種質培育和濱海鹽堿地改良提供依據。

1.3? 數據分析

采用Excel 2010軟件對數據進行初步整理及作圖，利用SPSS軟件Duncan法在0.05水平上進行多重比較。用DPS v7.55軟件對部分指標的耐鹽指數進行相關分析、主成分分析（principal components analysis，PCA）。

2? 結果與分析

2.1? NaCl脅迫對材料形態的影響

圖1為NaCl脅迫6 d后的材料。從圖1中可以明顯看出，鹽脅迫后材料對照與處理之后的差異，對照組的植物長勢良好、葉片較為舒展、葉面積大，而處理組的材料除濱豇豆與閩南飼用（印度）豇豆外，其余材料均表現出不同程度的受脅迫癥狀，尤其是賊小豆，大部分葉片都萎蔫甚至死亡，葉片形態發生明顯的變化。

2.2? NaCl脅迫對葉綠素含量的影響

如圖2所示，濱豇豆、綠豆和閩南飼用（印度）豇豆對照組間的葉綠素含量無顯著差異，且含量較高，與其他幾份材料呈顯著差異。與對照相比，9份材料處理組的葉綠素含量均降低，但不同材料下降的幅度不同，其中赤小豆2、赤小豆3與賊小豆的下降幅度較大，分別降低了49.0%、65.8%和50.3%，說明NaCl脅迫對這3份材料的葉綠素含量影響較大。NaCl脅迫6 d后，不同生態型的野豇豆間的葉綠素含量沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的葉綠素含量同樣沒有顯著差異。

2.3? NaCl脅迫對葉片相對含水量的影響

如圖3所示，9份材料對照間的相對含水量不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

無顯著差異;與對照相比，處理組的濱豇豆的相對含水量并沒有顯著差異;而其他材料葉片的相對含水量均降低，且差異顯著，尤其是綠豆與賊小豆，分別下降了56.0%和59.0%。由此說明，NaCl脅迫對濱豇豆葉片的相對含水量影響并不大，對賊小豆和綠豆的影響較大。NaCl脅迫6 d后，不同生態型的野豇豆間的相對含水量沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的相對含水量同樣沒有顯著差異。

2.4? NaCl脅迫對質膜透性的影響

如圖4所示，9份材料對照間的相對電導率無顯著差異;與對照相比，9份材料的相對電導率均升高，濱豇豆的電導率雖然有所升高，但沒有顯著性差異;其他材料的電導率均升高，且差異顯著。由此說明，NaCl脅迫對濱豇豆并沒有太不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

大的影響，而對賊小豆的影響最大。NaCl脅迫6 d后，不同生態型的野豇豆間的相對電導率沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的相對電導率同樣沒有顯著差異。

2.5? NaCl脅迫對枯葉率的影響

如圖5所示，NaCl脅迫6 d后，所有材料對照組長勢良好，幾乎無枯葉產生，而處理組如圖5所示，濱豇豆并沒有枯葉的產生，閩南飼用（印度）豇豆有極少的枯葉，賊小豆的枯葉率最高。濱豇豆和閩南飼用（印度）豇豆的枯葉率與其他材料呈顯著差異。

2.6? 相關分析及主成分分析

通過對上述4項指標的耐鹽指數進行相關分析。結果表明，WLR與EL呈極顯著正相關，與RWC、葉綠素含量呈顯著負相關，與RWC的相關性最高，達0.92。RWC與EL間呈顯著負相關，與葉綠素含量呈顯著正相關（表2）。

對各指標的耐鹽指數進行的主成分分析（PCA）表明，影響9份材料耐鹽性的所有因子被主要分成2個主成分。這2個成分可以表示總變化的92.75%（表3）。2個主成分公式如下：

PC1=0.4926EL–0.5317RWC–0.4318Chlorophyll+0.5368WLR

PC2=0.4613EL–0.1674RWC+0.8648Chlorophyll+0.1065WLR

2.7? 耐鹽能力綜合評價

利用模糊數學中的隸屬函數法將這9份材料的耐鹽能力按順序排列出來。結果表明，耐鹽能力最好的為濱豇豆，其次是閩南飼用（印度）豇豆，耐鹽能力最差的為賊小豆（表4）。

2.8? NaCl脅迫對凈光合速率的影響

如圖6所示，9份材料對照組的凈光合速率無顯著差異。NaCl脅迫6 d后，9份材料的凈光合速率均降低，濱豇豆的凈光合速率雖然降低，但與對照相比并沒有顯著性差異，其他材料差異顯著。其中，賊小豆的凈光合速率下降了92.4%，差異極顯著。NaCl脅迫對賊小豆凈光合速率的影響最大，對濱豇豆的影響最小。不同生態型的野豇豆間的凈光合速率沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的凈光合速率同樣沒有顯著差異。

2.9? NaCl脅迫對胞間CO₂濃度的影響

如圖7所示，NaCl脅迫6 d后，只有賊小豆的胞間CO₂對照與處理間存在顯著的差異，與對照相比降低了15.4%，其余材料對照與處理見并沒有顯著的差異。由此可見，NaCl脅迫對賊小豆胞間CO₂的影響較大，對其他幾種材料的影響較小。不同生態型的野豇豆間的胞間CO₂濃度沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的胞間CO₂濃度同樣沒有顯著差異。

2.10? NaCl脅迫對氣孔導度的影響

如圖8所示，9份材料對照組的氣孔導度無顯著差異。NaCl脅迫6 d后，9份材料的氣孔導度均降低;濱豇豆的氣孔導度雖然降低，但與對照相比并沒有顯著性差異，其他材料差異顯著。其中，賊小豆的氣孔導度下降了90.8%，差異極顯著。NaCl脅迫對濱豇豆的氣孔導度影響最小，其次是閩南飼用（印度）豇豆，影響最大的是賊小豆。不同生態型的野豇豆間的氣孔導度沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的氣孔導度同樣沒有顯著差異。

2.11? NaCl脅迫對蒸騰速率的影響

如圖9所示，濱豇豆、閩南飼用（印度）豇豆、綠豆與賊小豆對照組的蒸騰速率無顯著差異，且顯著高于其他材料。NaCl脅迫6 d后，9份材料的蒸騰速率均降低，濱豇豆的蒸騰速率雖然降低，但與對照相比并沒有顯著性差異，其他材料差異顯著。其中，賊小豆的氣孔導度下降了97.3%，差異極顯著。NaCl脅迫對賊小豆的蒸騰速率影響最大，對濱豇豆的影響最小。不同生態型的野豇豆間的蒸騰速率沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間的葉綠素含量同樣沒有顯著差異。

2.12? NaCl脅迫對PSⅡ最大光化學效率的影響

如圖10所示，9份材料對照組的最大光化學速率無顯著差異。與對照相比，除濱豇豆與閩南飼用（印度）豇豆外，其余材料與對照相比均具有顯著的差異，F_v/F_m均顯著降低，尤其是賊小豆，其F_v/F_m為0。由此說明，NaCl脅迫對濱豇豆和閩南飼用（印度）豇豆的F_v/F_m并沒有較大的影響，但對賊小豆的影響巨大。如圖11也可明顯看出，與對照相比，對濱豇豆F_v/F_m的影響最小，對賊小豆的影響最大。NaCl脅迫6 d后，野豇豆1的最大光化學效率顯著高于野豇豆2，不同生態型赤小豆的最大光化學效率無顯著差異。

2.13? NaCl脅迫對最大熒光產量的影響

如圖12所示，與對照相比，9份材料的F_m

均降低，而除濱豇豆外，其他幾種材料與對照相比均顯著降低。由此說明，NaCl脅迫對濱豇豆F_m的影響較小，而對其他幾種材料的影響較大。NaCl脅迫6 d后，不同生態型的野豇豆間的最大熒光產量沒有顯著差異，不同生態型的赤小豆間不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

2.14? NaCl脅迫對初始熒光的影響

如圖13所示，綠豆對照組的初始熒光較低，與其他材料對照組呈顯著差異。只有野豇豆和赤小豆3的對照和處理間存在顯著性差異，野豇豆2和赤小豆3的初始熒光顯著升高，其他材料均無顯著性差異。說明NaCl脅迫對野豇豆和赤小豆的初始熒光影響較大，對其他幾種材料的影響較小。

2.15? NaCl脅迫對PSⅡ非調節性能量耗散的影響

如圖14所示，9份材料對照組的Y（NO）間無顯著差異。與對照相比，9份材料的Y（NO）均升高，濱豇豆和閩南飼用（印度）豇豆對照與處理間并沒有大的變化，而其余幾分材料均呈現顯著差異，說明NaCl脅迫對濱豇豆和閩南飼用（印度）豇豆的Y（NO）影響不大，對其余7份材料的影響巨大，且差異顯著。NaCl脅迫6 d后，野豇豆2的Y（NO）顯著高于野豇豆1，不同生態型赤小豆的Y（NO）無顯著差異。

3? 討論

3.1? 6種豇豆屬植物的耐鹽性評價

植物的耐鹽性往往受到多種因素的影響、多種基因的控制，不同種之間的耐鹽性差異較大，并且耐鹽機制也各不相同，單一的指標都只能反映植物耐鹽性的某一方面，因此可通過隸屬函數將多個指標進行綜合評價，來全面反映植物的耐鹽性強弱^[21]。葉綠素含量、枯葉率、質膜透性和相對含水量等是評價植物耐鹽性強弱的重要指標^[22]。

本研究表明，鹽處理6 d后，賊小豆的葉綠素（Chl）含量顯著降低，葉片相對含水量（RWC）、質膜透性（EL）和枯葉率（WLR）顯著增加，而濱豇豆均沒有顯著差異;主成分分析、相關分析及隸屬函數分析的結果表明，WLR與EL呈極顯著正相關，RWC、Chl含量呈顯著負相關，枯葉率和相對含水量的相關性最高，可以作為豇豆植物耐鹽能力的篩選指標;主成分分析得到的2個主成分PC1和PC2，可以解釋總變化的92.75%;隸屬函數排名表明，耐鹽能力最好的為濱豇豆，其次為閩南飼用（印度）豇豆，耐鹽性最差的為賊小豆。6種豇豆屬植物耐鹽性評價的結果較為可靠。

3.2? 鹽脅迫對6種豇豆屬植物光合特性的影響

光合作用是植物生長和能量產生的基礎，植物的光合生理對環境的反應在一定程度上可以反映植物對鹽脅迫的適應能力^[23]。光合作用通過光系統Ⅰ（PSⅠ）和光系統Ⅱ（PSⅡ）將光能轉化為化學能，其中PSⅡ對鹽脅迫尤其敏感，在植物響應鹽脅迫的過程中發揮重要作用^[24]。利用葉綠素熒光技術可以快速、方便地了解鹽脅迫對植物PSⅡ的傷害程度^[25]。本研究中，NaCl脅迫6 d后，9份材料的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率均降低，這與Kurban等^[26]、Parida等^[27]、姚佳等^[28]的研究結果相一致。本研究中，除濱豇豆外，9份材料的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率對照與處理間存在顯著的差異，其中賊小豆均下降了90%以上。NaCl脅迫對9份材料F_v/F_m、F_m和PSⅡ非調節性能量耗散Y（NO）這3種指標的影響中，與對照相比，處理組的F_v/F_m和F_m均降低，PSⅡ非調節性能量耗散Y（NO）增加，這與前人結果研究一致^[29-30]，即高鹽濃度下，試驗材料葉片的PSⅡ反應中心原初光能轉換效率降低，PSⅡ光化學活性和電子傳遞受到抑制，光化學能量轉換和保護性的調節機制（如熱耗散）不足以將植物吸收的光能完全消耗掉，導致植物受到傷害^[31-33]。而鹽脅迫對F₀的影響中，有些材料增加，有些降低，這與前人研究結果相異，有待進一步探討。濱豇豆對照與處理之間均沒有顯著性差異，說明6 d時高鹽濃度對濱豇豆葉片的光抑制作用較小。野豇豆1與野豇豆2間最大光化學效率與非調節性能量耗散的差異可能與生態型間基因差異有關。綜上所述，NaCl脅迫6 d后，濱豇豆的光合系統幾乎沒有損傷，賊小豆的光合系統遭到極大的破壞。

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