根際NaCl 濃度對冰菜形態(tài)和生理的影響

付婷婷，王 昊，趙 穎，王蔚蘭，王 旭

（海南大學園藝學院，海南 海口 570228）

【研究意義】冰菜（Mesembryanthemum crystallinumL.）是番杏科日中花屬一年生肉質(zhì)草本植物，原產(chǎn)于非洲南部，學名冰葉日中花，又名冰花、非洲冰草等，因其葉片背面和莖上著生冰晶一樣的透明顆粒而得名。冰菜耐寒、耐旱、耐鹽堿，為兼性CAM（Crassulacean acid metabolism，景天酸代謝）植物。冰菜營養(yǎng)價值豐富［1］，且多酚（如黃酮）含量豐富，具有良好的抗氧化活性，市場前景廣闊［2］。冰菜屬于泌鹽植物，在鹽堿條件下可以將吸收的多余鹽分通過莖、葉表面密布的鹽腺排到冰晶狀液泡中［3］。一些地區(qū)土壤鹽漬化程度日益嚴重，尤其在干旱地區(qū)，由于水資源管理造成的鹽漬化會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴重影響［4］；冰菜可以從土壤中吸收積累鹽分，采收后可以降低土壤鹽分［5］，對改善土地鹽漬化有很高的研究價值。探究冰菜在不同根際鹽分濃度下的表現(xiàn)，可指導植物工廠生產(chǎn)高品質(zhì)冰菜，對鹽漬化土壤或鹽堿地利用也具有重要參考?！厩叭搜芯窟M展】根際鹽脅迫對植物生長發(fā)育具有顯著影響，會使植物吸水能力降低，導致植物生長受到抑制。如過量鹽分進入植物蒸騰流中，會對葉片細胞造成傷害，當鹽分濃度達到閾值，離子毒害就會發(fā)生，一旦超過閾值，離子平衡將被打破，引起氧化脅迫等次級反應［6］。對于某些植物，低濃度鹽脅迫可以促進生長發(fā)育，并表現(xiàn)出低促高抑的效應［7］，因此不同植物對鹽分濃度有不同的適應性。研究發(fā)現(xiàn)，冰菜有很強的耐鹽性和泌鹽能力，可以在鹽度3.5‰條件下正常生長［8］。海水濃度≤30%對冰菜株高、根長、葉片數(shù)、葉面積和質(zhì)量影響較輕，可以同時保障冰菜產(chǎn)量與營養(yǎng)品質(zhì)；海水濃度≥40%則明顯抑制上述指標［9］。較低鹽分有助于冰菜種子的萌發(fā)，使冰菜種子萌發(fā)時間延遲［10］。冰菜能在海水中正常生長，200 mmol/L NaCl 對冰菜生長有一定的促進作用，400 mmol/L NaCl 在短期內(nèi)顯著抑制冰菜生長，一段時間后冰菜可以逐漸適應400 mmol/L NaCl 環(huán)境［11］。劉慧穎等［12］研究發(fā)現(xiàn)，不同鹽分濃度對冰菜株幅的影響主要表現(xiàn)在植株生長后期，且濃度越大株幅增加越快；0.3%、0.5%、0.7% NaCl 溶液處理均可顯著提高冰菜植株生長后期的葉綠素含量，并且能夠提高冰菜發(fā)育前期的可溶性膳食纖維含量、加速黃酮的合成。鹽處理可將冰菜收獲期延長1 個月，且幼年食用葉的質(zhì)量和鈣濃度隨著鹽度的增加而增加［13］。此外，有研究表明，NaCl 的離子效應可增強冰菜線粒體ATP 的合成，這可能在冰菜適應鹽度中發(fā)揮重要作用［14］?！颈狙芯壳腥朦c】 目前，對于冰菜在不同鹽分濃度中的研究主要集中于向營養(yǎng)液添加海水或NaCl 并通過測定保護酶活性來解釋抗鹽機理。然而，將低濃度NaCl 視為促進因素，在植物工廠人工光栽培條件下添加NaCl 以促進冰菜生長，并從形態(tài)與生理方面進行闡述的研究較為少見?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過在不同NaCl濃度的營養(yǎng)液中培育冰菜，觀測其生長和生理情況，以期找出冰菜種植最適宜的NaCl 濃度區(qū)間，為冰菜適宜的營養(yǎng)液栽培中NaCl 添加濃度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2022 年3—5 月在海南大學園藝學院進行，選用青海省興?？h禾之源農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司提供的水晶冰菜種子。

1.2 試驗方法

將冰菜種子置于濕潤濾紙上，采用同規(guī)格濾紙覆蓋，噴水濕潤后置于透明盒中催芽，待約80%種子發(fā)芽后，轉(zhuǎn)移至海綿塊中，開啟LED 燈進行營養(yǎng)液栽培。營養(yǎng)液選用日本園試配方，供應采用時控開關(guān)，供液15 min，停止供液45 min，往復循環(huán)；開燈時光強PPFD=200（±10）μmol/m2·s，光照時間設(shè)定為6：00 —20：00，室內(nèi)溫度控制在25℃以下。在育苗層培養(yǎng)20 d 后移栽至栽培層，移栽7 d后向營養(yǎng)液中加入NaCl溶液，使營養(yǎng)液中NaCl 濃度達到0、3、6、9、12 g/L（用CK、T1、T2、T3、T4 表示）。每個處理4 次重復，每次重復18 株冰菜，每隔7 d 更換一次營養(yǎng)液。

1.3 測定項目及方法

處理21 d 后測定各處理冰菜植株的生長指標。用直尺測量株高，取定植板向上至葉部頂端距離［15］；用游標卡尺測量莖粗，測量地上部與根部交接點以上1 cm 處；地上部和地下部鮮質(zhì)量使用BSA2202S 電子天平（德國賽多利斯，精度0.01 g）稱量，根冠比=根鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量；根長取莖基部至最大根長的根尖處；取植株自上而下第5 片葉，采用LI-3100C 臺式葉面積儀（美國LI-COR 公司）測定葉面積。選取自下而上第5 片葉采用SPAD-502 葉綠素儀（日本美能達）測定葉綠素SPAD 值；可溶性糖含量采用蒽酮比色法［16］測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法［16］測定；采用體視顯微鏡觀察葉片表面，調(diào)查表皮鹽囊泡面積占比與表皮鹽囊泡數(shù)量［17］。每個處理分別取5 株，3 次重復，試驗數(shù)據(jù)采用SAS 軟件Duncan多重比較法進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的形態(tài)指標

從圖1 可以看出，與CK 相比，T1 和T 2處理中冰菜的根長、葉面積、株高呈增長趨勢，T2處理冰菜較為健壯，CK 和T1 處理冰菜形態(tài)差異不明顯；與CK 相比，T3 和T4 處理冰菜的株高、葉面積變小。由表1可知，T2處理冰菜的株高最高、為141.7 mm，顯著高于CK，莖粗、根長和葉面積與CK 相比則無顯著差異。當營養(yǎng)液中NaCl 濃度超過6 g/L 時，冰菜的株高、莖粗和葉面積均隨NaCl 濃度增加而顯著下降，T4 處理中冰菜株高、莖粗和葉面積最低，分別為79.5 mm、0.863 mm 和20.440 cm2，表明營養(yǎng)液中鹽分濃度高于6 g/L 時冰菜生長受到抑制。本試驗所有NaCl 處理中冰菜根長與CK 相比無顯著變化。營養(yǎng)液中NaCl 濃度在0～6 g/L 之間，冰菜株高、莖粗、葉面積隨NaCl 濃度增加呈上升趨勢；NaCl 濃度為6 g/L 時冰菜株高、莖粗、葉面積達到峰值，分別為141.7 mm、1.767 mm、45.500 cm2，之后隨著NaCl 濃度的增加，冰菜株高、莖粗和葉面積降低，與CK 的差異達到極顯著，其中T4 處理的株高、莖粗、葉面積與CK 相比分別下降45.060 mm、0.830 mm、18.210 cm2，表明冰菜在0～6 g/L NaCl濃度的營養(yǎng)液中生長良好，在6～12 g/L NaCl 濃度的營養(yǎng)液環(huán)境中生長受到抑制。

表1 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的形態(tài)指標Table 1 Morphological indexes of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

圖1 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的生長狀況Fig.1 Growth status of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

2.2 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的生物量

由表2 可知，T2 處理中冰菜的地上部鮮質(zhì)量最高（39.19 g），顯著高于CK；營養(yǎng)液中NaCl濃度超過 6 g/L 時，隨著NaCl 濃度增加，T3 和T4 處理中冰菜地上部鮮質(zhì)量與CK 相比分別降低13.78、21.67 g，差異達極顯著。NaCl 濃度為9、12 g/L 時冰菜質(zhì)量受到明顯抑制，表明營養(yǎng)液中添加的NaCl 濃度適宜范圍是3～6 g/L，此時冰菜收獲質(zhì)量較高。

表2 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的生物量Table 2 Biomass of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

隨著營養(yǎng)液中NaCl 濃度的增加，冰菜地下部鮮質(zhì)量呈先升高后降低的趨勢，當NaCl 濃度為6 g/L 時冰菜地下部鮮質(zhì)量最大、達到2.48 g，顯著高于CK；T1 處理中冰菜的地下部鮮質(zhì)量與CK差異不顯著，T3和T4 處理中冰菜的地下部鮮重與CK 相比分別下降0.29、0.88g，且與T2 處理相比差異達到極顯著水平。根為地上部提供養(yǎng)分，影響冰菜生長情況，營養(yǎng)液中NaCl 濃度范圍大于6 g/L 時會抑制根的生長，對冰菜生長不利。

隨著營養(yǎng)液中NaCl 濃度的升高，冰菜根冠比呈上升趨勢，根的占比越來越大。與CK 相比，T1 和T2 處理中冰菜根冠比無顯著差異，T3 和T4處理中冰菜根冠比分別增加0.0028、0.0034，且均極顯著高于CK。

2.3 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的生理指標

由表3 可知，冰菜葉片可溶性蛋白含量隨NaCl 濃度的升高呈上升趨勢，T1 與CK 相比無顯著水平差異，T2、T3 和T4 處理中冰菜的葉片可溶性蛋白含量分別為0.456、0.490、0.535 mg/g，均極顯著高于CK。隨著營養(yǎng)液中NaCl 濃度的升高，冰菜葉片可溶性糖含量總體呈上升趨勢，其中T1 處理與CK 相比無顯著差異，T2、T3 和T4處理均極顯著高于CK，分別比CK 增加3.442、3.050、4.700 mg/g。營養(yǎng)液中NaCl 濃度約6 g/L時冰菜的可溶性糖含量較高（7.375 mg/g），進一步增加NaCl 濃度后，可溶性糖含量并無顯著增加。葉綠素SPAD 值隨NaCl 濃度升高而升高，T1 處理中冰菜葉片的葉綠素SPAD 值與CK 相比差異不顯著；T2 處理中冰菜葉綠素SPAD 值為31.533，顯著高于CK；T3 和T4 處理中冰菜的葉綠素SPAD 值分別為41.000、47.800，與CK 相比差異達到極顯著水平。

表3 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的生理指標Table 3 Physiological indexes of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

2.4 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的表皮鹽囊泡

從圖2 可以看出，表皮鹽囊泡分布隨著營養(yǎng)液中NaCl 濃度的提高而越發(fā)密集，表皮鹽囊泡的面積占比也隨著NaCl 濃度的提高而升高。使用ImageJ 軟件得出冰菜表皮鹽囊泡面積占觀察區(qū)域比值（表4），T1 處理中冰菜表皮鹽囊泡面積占比為25.51%，與CK 相比無顯著差異，T2、T3、T4處理中冰菜表皮鹽囊泡面積占比分別為30.00%、34.20%、38.39%，與CK 相比差異均達極顯著水平。在T3 和T4 處理中，冰菜表皮鹽囊泡面積占比和表皮鹽囊泡的個數(shù)均隨營養(yǎng)液中NaCl 濃度的增加而增加，所有處理冰菜的表皮鹽囊泡個數(shù)與CK 相比均有極顯著差異，可見NaCl對冰菜葉片表皮鹽囊泡的形成有重要作用。

表4 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜表皮鹽囊泡面積占比與表皮鹽囊泡數(shù)量Table 4 Proportion of epidermal salt vesicle area and the number of epidermal salt vesicles of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

圖2 不同NaCl 濃度營養(yǎng)液中冰菜的表皮鹽囊泡比較Fig.2 Comparison of epidermal salt vesicles of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations

3 討論

冰菜是一種典型的泌鹽植物，一定程度的低鹽環(huán)境可促進冰菜生長，土壤鹽量過高會造成減產(chǎn)［18］。本試驗中冰菜的形態(tài)和質(zhì)量指標符合這一變化趨勢，當營養(yǎng)液中NaCl 濃度為3、6 g/L 時，冰菜的莖粗、葉面積與CK 相比無極顯著水平差異，表明冰菜能適應3～6 g/L NaCl 濃度范圍，但株高、地下部鮮質(zhì)量、地上部鮮質(zhì)量顯著增高，表明3～6 g/L 的NaCl 濃度對冰菜生長有促進作用；當NaCl 濃度超過6 g/L 時，冰菜株高、莖粗、葉面積、地上部鮮質(zhì)量與CK 相比均下降，差異達極顯著水平，表明此時冰菜生長受到抑制，冰菜對高NaCl 濃度適應力下降，這與劉慧穎等［12］研究結(jié)果相似，但與徐微風等［19］用海水的試驗結(jié)果存在一定差異，其認為營養(yǎng)液中含20%和40%（按35‰換算，相當于7～14 g/L NaCl）的海水冰菜生長最為旺盛，其原因可能為海水中NaCl 并不均衡，受取水地緯度、洋流和淡水匯入的影響；又或在人工光栽培條件下，因為光照等條件不同，生菜對鹽分濃度的適應性發(fā)生變化。

冰菜的可溶性蛋白和可溶性糖含量隨營養(yǎng)液中NaCl 濃度升高而升高，呈現(xiàn)出與形態(tài)指標、質(zhì)量不同的變化趨勢?？扇苄蕴鞘且环N有機小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)［20］，冰菜能在較高NaCl 濃度的溶液中存活也依賴于此類物質(zhì)對滲透壓、細胞膜透性的調(diào)節(jié)，NaCl 濃度越高，滲透壓變化越大，需要調(diào)節(jié)的強度也越高，可溶性糖等有機小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量越高，以維持冰菜細胞內(nèi)正常的滲透壓水平。NaCl 濃度超過6 g/L 后，可溶性糖含量不再增加，可溶性蛋白仍在增加，綜合形態(tài)指標和質(zhì)量指標，本研究得出6 g/L 是最適合植物工廠冰菜生產(chǎn)的NaCl 濃度。

研究表明，大部分植物葉片葉綠素SPAD 值與葉綠素含量顯著相關(guān)，葉綠素SPAD 值可間接反映葉片中的葉綠素含量［21］。鹽脅迫可使葉片的葉綠素含量下降［22］，但本試驗中葉綠素SPAD值隨NaCl 濃度升高而增加，與劉志華［23］在泌鹽植物獐毛（Aeluropus sinensisTzvel.）上的研究結(jié)果一致。也有研究指出低濃度鹽脅迫下，白三葉的葉綠素含量會上升［24］；胡一涵等［25］研究發(fā)現(xiàn)葉綠素含量隨NaCl 溶液處理濃度的增加呈先升高后降低趨勢，冰菜在0～0.4% NaCl 溶液中葉綠素含量隨NaCl 濃度升高而增加，在0.4%～0.7%NaCl 溶液條件下，葉綠素含量隨NaCl 濃度升高而降低。葉綠素含量隨鹽分濃度增加而增加，目前主要有4 種解釋：（1）植物體合成葉綠素時需要脯氨酸，而低濃度鹽脅迫細胞中積累的大量脯氨酸促進了葉綠素的合成［5］；（2）植物遭受鹽脅迫時葉綠體蛋白與葉綠素的結(jié)合變松，從而更容易提取到葉綠素［5］；（3）鹽脅迫下植株葉片增長及植株新葉伸展速度減緩，葉片變厚，葉面積減小、含水量降低，從而導致葉綠素含量上升［26］；（4）鹽脅迫會造成細胞膜透性增強，從而向外滲漏出葉綠素分子［27］。

本研究發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)液中NaCl 濃度范圍在6～12 g/L 時，冰菜的可溶性糖與可溶性蛋白含量較CK 呈極顯著增長，但株高、莖粗、葉面積、地上部鮮質(zhì)量與CK 相比均下降，差異達極顯著水平。較高的鹽度提高了冰菜的營養(yǎng)指標，但降低了產(chǎn)量［28］。雖然提高營養(yǎng)液中NaCl 濃度可以提高冰菜的營養(yǎng)品質(zhì)，但隨著NaCl 濃度的上升，冰菜的咸味、酸味會加重，影響口感［29］。此外，冰菜生長過程中不同LED 光質(zhì)對冰菜的生長量與品質(zhì)也有不同影響［30］。因此，冰菜栽培中NaCl 濃度的調(diào)控應全面考慮產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)和消費者喜好等多方面因素，綜合采用各種栽培技術(shù)，調(diào)控環(huán)境因子，實現(xiàn)冰菜的高產(chǎn)高品質(zhì)。

本試驗中，冰菜表皮鹽囊泡面積和鹽囊泡個數(shù)變化趨勢與生理指標隨鹽濃度的增加而增加的趨勢基本一致，而與形態(tài)指標基本都在營養(yǎng)液中NaCl 濃度為6 g/L 時達到最高的趨勢不一致，原因在于冰菜把從根部吸收的NaCl 通過莖葉排到鹽囊泡中，所以NaCl 濃度越高，鹽囊細胞因為積累NaCl 和水分而變大，導致細胞膨脹、表皮鹽囊泡的形成增多［3］。徐微風等［17］認為，營養(yǎng)液中海水≤40%時，冰菜表皮鹽囊泡的數(shù)量和形態(tài)差異不顯著，這可能與水培條件下冰菜對Na+吸收量變大、導致對鹽脅迫緩沖作用變小有關(guān)。

4 結(jié)論

營養(yǎng)液添加一定濃度NaCl 會對冰菜的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)造成不同影響。隨著營養(yǎng)液中NaCl 濃度的提高，冰菜葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量總體呈上升趨勢，冰菜品質(zhì)得到明顯提高。3～6 g/L NaCl 濃度營養(yǎng)液中，隨著NaCl 濃度的升高，冰菜株高、地上部鮮質(zhì)量和地下部鮮質(zhì)量增加，當營養(yǎng)液中NaCl 濃度為6 g/L 時達到峰值，分別為141.7 mm、39.19 g、2.48 g，表明冰菜在3～6 g/L NaCl 濃度營養(yǎng)液中可適應，并對冰菜生長有一定的促進作用，冰菜產(chǎn)量上升；而株高、莖粗、葉面積、地上部鮮質(zhì)量、地下部鮮質(zhì)量在6～12 g/L NaCl 濃度營養(yǎng)液中呈下降趨勢，在12 g/L NaCl 濃度營養(yǎng)液中最低，與CK 相比分別降低45.1 mm、0.830 mm、18.210 cm2、21.67 g、0.88 g，表明高NaCl 濃度中冰菜生長受到抑制、產(chǎn)量下降。營養(yǎng)液中適宜的NaCl 濃度可以保證冰菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進優(yōu)質(zhì)冰菜的生產(chǎn)。適宜冰菜生長的NaCl濃度范圍為0～6 g/L，其中3～6 g/L 為最適NaCl 濃度范圍。