不同醋栗品種對NaCl脅迫的光合生理響應比較分析

孫雅麗，褚奮飛，故麗米熱·卡克什，巴哈爾古麗·阿尤甫，古麗江·許庫爾汗

(新疆林業科學院，烏魯木齊 830000)

0 引 言

【研究意義】醋栗(Gooseberry)為虎耳草科(Saxifragaceae)茶藨子亞科醋栗屬(GrossulariaMill.)植物。其食用價值高，醋栗果實含有人體所需的18種氨基酸、VC、B1、B2以及鐵、錫等礦物質，被國家確定為中藥二類新藥[1]。NaCl脅迫是危害農業區域的非生物因素之一，對植物生長和農作物產量有顯著影響[2]。土壤鹽含量高會抑制植物正常生長發育以及果實品質和產量。研究NaCl脅迫條件下醋栗的光合作用和生理機制，對醋栗耐鹽品種選育具有重要意義。【前人研究進展】張鹍[3]、古麗江[4]的抗寒抗旱研究，孫晶[5]、張海旺[6]等的引種選育研究，李春曉[7]、劉鳳芝[8]、齊云[9]的生長觀測及栽培研究，孟凡麗[10]、李春曉[11]、楊鶴[12]的扦插育苗研究。【本研究切入點】目前關于NaCl脅迫下醋栗光合作用及生理機能影響研究的鮮見報道。研究不同濃度NaCl脅迫下醋栗葉片的光合指標及生理指標的影響差異。【擬解決的關鍵問題】測定醋栗植株在NaCl脅迫過程中的光合指標和生理指標，研究植株在不同程度NaCl脅迫下的生理變化趨勢，為新疆不同地區選擇適宜當地栽植的醋栗品種提供指標依據，為選擇適用的肥料品種及確定合理的施肥量提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018年10月8日進行苗木的栽植，地點在新疆林科院經濟林研究所花園內平坦空地。

樹種選用3種醋栗品種，均從黑龍江省尚志市引進，品種分別為2年生墜玉、彩虹和紅燈籠。均選取2年生扦插苗，無病蟲害、苗株生長旺盛、長勢一致。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用盆栽方法，將醋栗3個品種苗定植于28 cm×32 cm具有出水孔的塑料花盆中，每盆栽1株。每個品種選用12株，共36株試驗苗木。用土按森林土∶園土=4∶1的混合而成，每盆裝土4.0 kg。用土的NaCl值含量為0.259%(2.59 g/kg)，使用澆水工具為1 L的飲用純凈水瓶，每個濃度配備1個專用瓶。

每盆使用4 kg的試驗用土，放入有托盤的塑料花盆中，將試驗用苗木依次栽入，共栽植60株，培養至2019年5月，選取苗木葉色及長勢良好，各生長狀態基本一致的36株進行試驗。

施NaCl：在2019年7月4日、7月11日、7月18日、7月24日、7月31日分5次對苗木進行施NaCl試驗，試驗用土的NaCl含量為0.259%，以此為基礎設置施鹽濃度為0.2%(2 g/L)、0.4%(4 g/L)、0.6%(6 g/L)及不施NaCl的CK(2.59 g/kg)，共計4個梯度，每個梯度3個重復，每個品種共計12株。從盆口向下進行灌溉，灌溉量為每株1 L，灌溉后靜置一會，然后將托盤中的滲出水再次灌入盆口，反復數次，直到盆托中無明顯滲出水。通過水分的反復滲透和抽提，使NaCl盡可能被試驗用苗所吸收。

1.2.2 測定指標

使用PP-Systems便攜式光合測定儀(CIRAS-2)對葉片進行光合指標測定，測定指標為光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和細胞間隙CO2濃度(Ci)，測定方法為每7 d測定1次，共測5次，參數設置為H(濕度)：80%，Q(光強)：1 200 mol/(m2·s)。選取苗木新稍中部至中上部充分發育的一枚功能葉片為光合測定葉片。

運用模糊數學隸屬函數公式X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)計算在4個梯度處理下光合指標Pn、Tr、Gs、Ci、WUE及生理指標可溶性糖、脯氨酸、電導率、丙二醛、葉綠素、SOD、POD、CAT的隸屬函數值(式中，X為醋栗的光合、生理指標測定值，Xmin和Xmax分別為醋栗的光合、生理指標測定值最小值和最大值)，將不同NaCl脅迫下的隸屬函數值累加求平均值，將1個品種的指標累加求平均值。

1.3 數據處理

用SPSS19.0統計軟件進行Duncan氏方法的差異顯著性分析，利用模糊數學隸屬函數公式對試驗數據進行定量轉換及分析，并對3個品種醋栗的耐鹽性進行綜合評定。試驗數據整理及圖形編輯采用Microsoft Office 2007軟件進行。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對不同醋栗品種葉片光合生理的響應

2.1.1 NaCl脅迫對醋栗光合速率(Pn)的影響

研究表明，隨著NaCl脅迫的濃度增加，3個醋栗品種的凈光合速率呈增高趨勢。在0.2% NaCl脅迫下，墜玉和紅燈籠與參照值(以下簡稱CK)呈下降趨勢，只有彩虹是呈上升趨勢，其中墜玉與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)，其余2個品種均不顯著。在0.4%和6% NaCl脅迫下，除墜玉的Pn值下降，其余2個品種都是上升，其中只有墜玉與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。在6%NaCl脅迫時，彩虹的凈光合速率最高，為4.53 μmol/(m2·s)，墜玉最低為2.90 μmol/(m2·s)。在與CK對比中除了墜玉是呈先下降后上升趨勢，其他2個品種都是隨著NaCl濃度的增加呈上升趨勢。表1

2.1.2 NaCl脅迫對醋栗蒸騰速率(Tr)的影響

研究表明，在0.2%NaCl脅迫下，彩虹的Tr值在0.2%時小幅上升了38.05%，其他2個品種的Tr值呈下降趨勢，其中墜玉下降率最大為54.82%，且其Tr值與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4% NaCl脅迫下，彩虹的Tr值對比CK仍呈上升趨勢，其他2個品種持續下降。至0.6%NaCl時，彩虹仍上升，墜玉和紅燈籠持續下降，其中墜玉的下降率最大為33.13%，且其Tr值與CK對比具有極顯著差異(P≤0.01)，其余2個品種不顯著。墜玉與紅燈籠的Tr值均是先上升后下降，彩虹的Tr值是呈上升趨勢，說明NaCl脅迫會導致植物的蒸騰速率減弱。表1

2.1.3 NaCl脅迫對醋栗氣孔導度(Gs)的影響

研究表明，在0.2%NaCl脅迫下，墜玉的Gs值在0.2%時小幅下降了49.59%，其他2個品種的Gs值呈上升趨勢，其中墜玉的Gs值與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4% NaCl脅迫下，紅燈籠的Gs值對比CK仍呈上升趨勢，其他2個品種持續下降。至0.6%NaCl時，3個品種的Gs值均下降，其中墜玉的下降率最大為54.86%，且其Gs值與CK對比具有極顯著差異(P≤0.01)，其余2品種不顯著。3個醋栗品種的葉片隨著NaCl脅迫濃度增加，光合能力下降。表1

2.1.4 NaCl脅迫對醋栗細胞間隙CO2濃度(Ci)的影響

研究表明，從Ci值在0.2%、0.4%和0.6% NaCl與CK值對比，墜玉和紅燈籠呈先升后降趨勢，彩虹呈持續下降趨勢。其中在0.2% NaCl脅迫下，墜玉和紅燈籠分別上升了24.07%和18.98%，而且2個品種與CK對比具有極顯著差異(P≤0.01)。在0.4% NaCl脅迫下，3個品種都呈下降趨勢，其中彩虹下降率最高為23.57%，且它與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。在0.6% NaCl脅迫下，3個品種與0.4%NaCl脅迫對比均小幅上升，但是與CK對比均下降，其中彩虹和紅燈籠與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。3個品種的Ci值均呈逐步下降趨勢。表1

2.1.5 NaCl脅迫對醋栗水分利用率(WUE)的影響

研究表明，在0.2%NaCl脅迫下，彩虹與CK對比上升了36.57%，墜玉和紅燈籠下降了30.43%和25.27%，3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4% NaCl脅迫下，3個品種均小幅上升，其中紅燈籠下降率最高為39.15%，3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.6% NaCl脅迫下，墜玉與CK對比小幅下降了5.28%，彩虹和紅燈籠與CK對比上升了26.12%和21.71%。3個醋栗品種在NaCl脅迫下，隨著NaCl濃度的增加，水分利用率增加。表1

2.2 NaCl脅迫對不同醋栗品種生理指標的影響

2.2.1 NaCl脅迫對醋栗可溶性糖含量的影響

研究表明，隨著NaCl脅迫程度的加劇，墜玉和紅燈籠的可溶性糖含量隨著施NaCl濃度增加呈緩慢上升，彩虹的可溶性糖含量呈先升后降。在0.2%NaCl脅迫下，墜玉與CK比較下降了61.79%，且其可溶性糖含量與CK對比具有極顯著差異(P≤0.01)，彩虹和紅燈籠分別上升了12.95%和26.18%，2個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4%NaCl脅迫下，彩虹與CK比較下降了4.13%，墜玉和紅燈籠分別上升了126.89%和20.03%，墜玉與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)，其他2個品種均不顯著。在0.6% NaCl脅迫下，除了彩虹下降，其他2個品種上升，其中墜玉上升幅度最大為80.19%，且墜玉和彩虹與CK對比具有顯著差異(P≤0.05)。圖1

2.2.2 NaCl脅迫對醋栗脯氨酸含量的影響

研究表明，隨著NaCl濃度的提高，墜玉和彩虹的脯氨酸含量均逐漸增加，紅燈籠脯氨酸含量逐漸減少。在0.2%NaCl脅迫下，墜玉和彩虹的脯氨酸含量小幅增加，2個品種與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)，紅燈籠下降了31.26%，其與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4%NaCl脅迫下，彩虹和紅燈籠分別下降了33.92%和33.59%，墜玉上升了74.84%，3個品種與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)。在0.6% NaCl脅迫下，彩虹上升最多為39.92%。圖1

2.2.3 NaCl脅迫對醋栗電導率的影響

研究表明，在0.2%NaCl脅迫下，墜玉的電導率小幅下降了23.20%，彩虹和紅燈籠分別上升了8.01%和2.98%，2個品種與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4%NaCl脅迫下，墜玉持續下降，彩虹和紅燈籠仍處于上升趨勢，其中紅燈籠上升最多為85.12%，彩虹和紅燈籠與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)。在0.6% NaCl脅迫下，彩虹上升了5.44%，墜玉和紅燈籠分別下降了30.72%和11.06%。電導率隨著NaCl脅迫的加劇而增高，結合3個醋栗品種的電導率變化，墜玉電導率不升反降，其耐鹽能力較強。圖1

2.2.4 NaCl脅迫對醋栗丙二醛含量的影響

研究表明，3個醋栗品種的丙二醛含量都隨著NaCl脅迫加劇而下降，3個醋栗品種耐鹽能力都較強。在0.2% NaCl脅迫下，紅燈籠下降率最高為35.76%，且3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4% NaCl脅迫下，彩虹下降率最高為55.86%。在0.6% NaCl脅迫下，紅燈籠下降率最高為55.60%。3個醋栗品種在NaCl脅迫下丙二醛含量不增反降，其耐鹽能力都較強。圖1

2.2.5 NaCl脅迫對醋栗葉綠素含量的影響

研究表明，在0.2% NaCl脅迫下，墜玉和彩虹的葉綠素分別下降了2.36%和2.64%，紅燈籠上升了28.59%。在0.4% NaCl脅迫下，墜玉持續下降了18.29%，彩虹和紅燈籠呈上升趨勢，分別上升了19.25%和16.12%。在0.6% NaCl脅迫下，3個品牌都呈上升趨勢，其中墜玉上升最多為47.29%，3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。圖1

2.2.6 NaCl脅迫對醋栗超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

研究表明，在0.2% NaCl脅迫下，墜玉和彩虹SOD活性分別下降了86.50%和37.50%，且2個品種與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)，紅燈籠上升了94.50%。在0.4% NaCl脅迫下，彩虹在0.2%下降后小幅上升了48.96%，墜玉和紅燈籠則分別下降了21.78%和2.75%。在0.6% NaCl脅迫下，3個醋栗品種對比CK都呈下降趨勢，其中墜玉下降最多為61.96%，3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。可得NaCl脅迫影響了醋栗SOD活性，隨著NaCl脅迫濃度的增加，SOD活性出現先升后降的趨勢，NaCl脅迫初期，SOD活性為了清除NaCl脅迫帶來的過多活性氧而增加，后又隨著NaCl脅迫濃度增加，SOD活性在達到最大值后出現明顯下降。圖1

2.2.7 NaCl脅迫對過氧化物酶(POD) 活性的影響

研究表明，在0.2% NaCl脅迫下，3個醋栗品種都呈下降趨勢，其中墜玉下降最多為73.96%，3個品種與CK對比均不具有顯著差異(P≤0.05)。在0.4% NaCl脅迫下，墜玉持續下降了34.29%，彩虹和紅燈籠分別上升了27.57%和135.65%。在0.6% NaCl脅迫下，墜玉仍下降，彩虹和紅燈籠對比0.4%NaCl略有回落，但是仍呈上升趨勢。3個醋栗品種的POD活性表現出隨著NaCl處理濃度的增加先降后升趨勢。圖1

2.2.8 NaCl脅迫對過氧化氫酶(CAT)活性的影響

研究表明，在0.2% NaCl脅迫下，墜玉上升了119.23%，彩虹和紅燈籠顯著下降了71.7%和6.71%。在0.4% NaCl脅迫下，3個醋栗品種的CAT含量均升高，其中紅燈籠上升最多為173.13%，且其與CK對比均具有顯著差異(P≤0.05)。在0.6% NaCl脅迫下，墜玉和紅燈籠持續上升，其中墜玉與CK對比具有極顯著差異(P≤0.01)，3個品種僅彩虹在此濃度下顯著下降了31.19%。隨著NaCl脅迫濃度的增加，墜玉和紅燈籠的CAT含量均顯著升高，彩虹在0.4%NaCl的處理下達到峰值后下降。圖1

圖1 NaCl脅迫下不同品種醋栗各項生理指標變化

2.3 NaCl脅迫對醋栗各光合及生理指標的隸屬函數

研究表明，墜玉平均隸屬函數值為0.58，彩虹平均隸屬函數值為0.44，紅燈籠平均隸屬函數值為0.55，各品種的平均隸屬函數值大小可平價其耐鹽性的強弱，平均值越小，其耐鹽性就越強，反之，則越弱。各品種耐鹽性由強至弱排序為彩虹>紅燈籠>墜玉。表2

表2 NaCl脅迫下醋栗光合、生理指標的隸屬函數值

3 討 論

3.1 NaCl脅迫下不同品種醋栗光合參數的變化

光合作用作為植物重要的生命過程，對植物的正常生長代謝具有至關重要的作用，而NaCl脅迫則會使植物的光合特性發生變化。從NaCl脅迫下醋栗光合特性的變化規律來看，不同濃度處理下存在一定差異。隨著濃度增加，墜玉的光合速率(Pn)下降，彩虹和紅燈籠的光合速率( Pn )上升，彩虹和紅燈籠對施NaCl處理無反應。這與劉正祥等[13]研究NaCl脅迫對沙棗幼苗的光合特性影響中得到凈光合速率( Pn)依次下降的研究結果相一致。研究發現3個醋栗品種的氣孔導度(Gs) 、蒸騰速率(Tr)和胞間 CO2濃度呈先升高后降低趨勢，這與王雨等[14]在NaCl脅迫對 5 個產地菘藍幼苗光合特性及抗逆指標研究中得到菘藍幼苗的凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)、蒸騰速率(Tr)隨NaCl濃度的增加呈先升高后降低趨勢研究相一致。說明隨著NaCl脅迫濃度和次數的遞增，氣孔導度(Gs)降低，通過氣孔的CO2濃度降低，使得光合速率(Pn)減弱，通過氣孔散失的水分也在逐漸減少，即蒸騰速率(Tr)減弱。研究還發現NaCl脅迫可以促進醋栗水分利用效率(WUE)，當NaCl脅迫濃度在0.2%時，這種促進作用稍弱，墜玉和紅燈籠的水分利用效率(WUE)下降，僅彩虹水分利用效率(WUE)上升。至0.4%時，NaCl脅迫有利于醋栗水分利用效率(WUE)的提升，使其能夠充分利用水分，保證植株的正常生長，而0.6% NaCl脅迫處理對植株的破壞程度較深，墜玉和紅燈籠的水分利用效率(WUE)與0.4%對比小幅下降，彩虹的水分利用效率(WUE)持續上升。這與馬夢茹[15]在NaCl脅迫對黑果枸杞光合生理特性及生長的影響研究中的結果相一致。

3.2 NaCl脅迫下不同品種醋栗生理指標的變化

可溶性糖和脯氨酸是植物逆境脅迫下的有機滲透調節物質，對維持胞內滲透勢有重要意義。而在研究中，墜玉和彩虹的葉片中可溶性糖和脯氨酸隨著NaCl脅迫的加劇先升后降，這與顧亮[16]研究結果一致，其在中低濃度NaCl脅迫時可溶性糖和脯氨酸含量升高，植株通過持續積累有機滲透調節物質來提高細胞內滲透壓，實現細胞內外的滲透平衡，表現出抗NaCl能力，在高濃度時降低，生物膜系統受損，導致細胞內溶物質滲出，傷害加劇。而紅燈籠的可溶性糖和脯氨酸呈先降后升，說明其對抗滲透脅迫的能力弱。彩虹和紅燈籠的電導率總體變化趨勢先升后降，說明在低濃度NaCl脅迫時，植株內細胞受到NaCl脅迫刺激，葉片質膜透性減弱，在中高濃度脅迫時，其保護酶增加，使其葉片質膜受害程度減輕。這與肖雯等[17]的研究結果一致。細胞受到的毒害作用越大，丙二醛含量越高[18]。從總變化趨勢可知，3個醋栗品種的丙二醛含量與CK對比都是呈下降趨勢，由于保護酶活性較強，葉片中的自由基可以被清除，其植株體內細胞未收到破壞。彩虹和紅燈籠的葉綠素含量在低濃度NaCl脅迫時表現為升高，隨著NaCl濃度的增加和脅迫時間的延長逐漸下降，這與陳劉平等[19]的研究結果一致。而墜玉的葉綠素含量隨著NaCl脅迫先降后升，說明隨著NaCl脅迫的加劇，葉片葉綠素含量受到影響出現短暫的降低，植株通過耐鹽機制調節自身耐鹽適應性，緩和NaCl脅迫傷害，保持正常生長和光合作用，當其適應后，其葉綠素含量會呈上升趨勢，這與姜瑛等[20]研究結果一致。

3.3 NaCl脅迫下不同品種醋栗酶活性的變化

NaCl處理會通過提高植物 SOD 和 POD 酶活力，增強植物消滅活性氧的功能，從而提高植物的耐鹽性[21]。隨著NaCl脅迫濃度的增加，彩虹和紅燈籠的SOD和POD均呈先升后降趨勢，在中低濃度NaCl脅迫時，彩虹和紅燈籠植株自身可通過增加SOD和POD的活性，消除逆境環境對植株的影響，但NaCl脅迫達到高濃度時，SOD和POD的活性下降，氧自由基無法被消除，造成細胞膜損傷，這與焦德志等[22]研究結果一致。墜玉的SOD和POD與CK對比均呈下降趨勢，說明其植株細胞內氧自由基含量增加，膜脂過氧化加劇，損傷保護酶系統，導致保護酶活性下降，這與馮時等[23]研究結果一致。墜玉和紅燈籠的CAT總體呈上升趨勢，彩虹的CAT呈現先升后降，在低濃度NaCl脅迫時，彩虹植株通過提高體內保護酶活性來增強植株對NaCl脅迫的耐受能力，當濃度超過0.4%時，自由基積累過多，細胞膜穩定性被破壞，CAT活性受到抑制，這與王亞等[24]的研究結果一致。

植物的耐鹽堿性是由多種因素互相影響的復雜過程。它受到植物類型、植物形態、生理生化以及基因型等多方面因素影響，這意味著單從生理生化方面入手研究，會造成對植物耐鹽堿性的片面認識[25]。

4 結 論

隨著NaCl脅迫的加劇，各品種醋栗葉片的光合參數中光合速率(Pn)、水分利用率(WUE)總體呈上升趨勢，蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)總體呈先升后降趨勢。紅燈籠的可溶性糖和脯氨酸含量是呈上升趨勢，墜玉和彩虹呈先升后降趨勢。各品種電導率和丙二醛含量呈下降趨勢。彩虹和紅燈籠的葉綠素呈上升趨勢，墜玉呈先降后升趨勢。彩虹和紅燈籠的SOD和POD均呈先升后降趨勢，墜玉呈下降趨勢。 墜玉和紅燈籠的CAT總體呈上升趨勢，彩虹的CAT呈現先升后降趨勢。3個品種醋栗的耐鹽性強弱排序為彩虹>紅燈籠>墜玉，彩虹和紅燈籠耐鹽能力均較強，其對NaCl處理不敏感。