不同濃度NaCl 對矮牽牛幼苗生長及光合參數的影響

渠天慧，張慧慧，牛懿麟，孫文瑤，廉曉，李海云

(聊城大學農學院，山東 聊城 252059)

土壤鹽漬化是世界性的生態難題，我國約有3.6×107hm2的鹽堿地。 山東省耕地面積的14.1%為鹽堿地，約為0.5×107hm2[1]，且呈現出逐年增加的趨勢。 2021 年10 月習近平總書記在黃河三角洲考察時強調要開展鹽堿地綜合利用。 改良或開發鹽漬土一般很少考慮木本植物，通常優先考慮耐鹽性較強的草本植物[2]，因此耐鹽草本植物種類及其品種篩選成為開展鹽堿地綜合利用的關鍵。

矮牽牛(Petunia hybrida)屬茄科碧冬茄屬多年生草本植物，花色豐富多樣，花期長，作為“花壇皇后”及“世界花壇花卉之王”而被廣泛種植于世界各地。 人們對矮牽牛在基因編輯技術[3]、澇漬脅迫[4]、低溫脅迫[5]、鉛脅迫[6]、花色[7]等方面的研究較多，對其抗旱性、抗澇性及高溫耐性等方面研究也有相關報道，但關于其抗鹽性研究的論述較少。 鹽漬化土壤普遍存在著各種鹽分，尤以NaCl 的影響最為嚴重[8]。 植物幼苗期非常脆弱，很容易受到外界各種脅迫因子的傷害。 對于不良環境中的植物而言，只有安全度過幼苗期才有可能正常生長。

不同植物及同一植物不同時期其耐鹽機制不同，耐鹽性的評判體系也因植物種類和生育期而異。 植物耐鹽機制的復雜性決定了衡量其耐鹽性強弱指標的多樣性[9]。 閆小紅等[10]把幼苗根長和鮮重作為衡量紫茉莉幼苗耐鹽性的主要指標；高慧等[11]將株高、莖粗、葉片數、葉片和根的鮮重與干重、葉綠素含量作為分析金盞菊耐鹽性的評價依據；楊美娟等[12]將葉面積、葉表皮細胞密度、氣孔開度等作為分析中亞濱藜葉對NaCl 脅迫響應的指標。 陳彥云等[13]從根條數、莖粗和葉片數3 個主成分包涵的信息分析馬鈴薯脫毒苗的耐鹽性；張濤等[14]通過測定各品種幼苗葉片數、地上部和地下部鮮重、根總體積、根總表面積、根系平均直徑、根總長、生物量等來評價不同品種辣椒幼苗的耐鹽性。

鑒于耐鹽性評價指標因植物種類不同而異，因此，開展鹽堿地綜合利用必須明確植物的耐鹽范圍及篩選指標。 本試驗研究不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生長的影響，以明確矮牽牛對NaCl 的耐受范圍及其敏感指標，為矮牽牛耐鹽品種篩選及其在鹽漬土上的推廣種植提供借鑒和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

矮牽牛種子為‘夢幻’系列，購于山東春滿園種業有限公司。

1.2 試驗方法

2021 年10 月20 日將矮牽牛種子均勻撒播在盛有育苗基質(長沙綠豐源生物有機肥料有限公司)的21 孔穴盤中，置于人工氣候室，每天光照時長16 h[(25±1) ℃]、暗期時長8 h[(20±1)℃]。 11 月8 日間苗，每孔留一株。 11 月27 日開始分別用5 種不同濃度即0(CK)、50、100、150、200 mmol/L NaCl 溶液澆灌處理，每孔20 mL(對照澆灌等量清水)，3 天澆灌一次，連續處理10 次后取樣測定。 每處理重復3 次，每重復5 株。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生物量 將矮牽牛幼苗(每處理9 株)用水洗凈，在根莖結合處剪開，擦干后用電子天平分別稱鮮重，殺青后80 ℃烘干至恒重，用精度0.1 mg 天平稱干重。

1.3.2 根系形態參數 掃描(EPSON V750 掃描儀)上述植株的完整根系，用WinRHIZO 2012 軟件(Regent Instruments Inc8， Quebec， Canada)測定根總長、根總表面積、根尖數和根系總體積等參數，并計算平均直徑。

1.3.3 葉片SPAD 值 使用SPAD 計測定矮牽牛幼苗(每處理9 株)完全展開功能葉的SPAD 值，每株測定4 個葉片。

1.3.4 氣孔特征參數 用鑷子撕取功能葉中脈附近的下表皮制作臨時切片，置于Olympus BX61熒光顯微鏡下觀察拍照，采用顯微圖像控制及分析軟件(DP2-BSW)測量下表皮細胞面積及氣孔長度和開度。 每處理計數30 個視野的氣孔總數，同時計算視野面積。 氣孔密度＝氣孔數/視野面積。

1.3.5 半致死濃度 把NaCl 濃度與各指標數值進行擬合，得到直線回歸方程，把各指標達到相應對照的50%、10%時所對應的NaCl 濃度分別定為半致死濃度和極限濃度[15]。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 19.0 軟件對數據進行統計分析，用平均值和標準誤表示結果，對不同濃度NaCl 處理進行單因素方差分析，用Duncan’s 法對數據進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片數和SPAD 值的影響

由表1 可知，隨著NaCl 濃度增加，矮牽牛幼苗的葉片數無顯著變化，說明NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗的葉片數無顯著影響。 葉片SPAD 值與葉綠素含量具有顯著相關性，因而SPAD 值常被用來表征植物葉片葉綠素含量。 與對照相比，不同濃度NaCl 處理均降低矮牽牛幼苗葉片SPAD 值，其中，150 mmol/L NaCl 處理的葉片SPAD 值顯著降低，降幅為49.73%，其它濃度影響未達顯著水平。

表1 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗葉片數和葉片SPAD 值

2.2 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生物量的影響

由表2 看出，矮牽牛幼苗鮮重和干重隨著NaCl 濃度升高而降低。 與對照相比，各濃度NaCl脅迫處理均顯著降低矮牽牛幼苗的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重，其中，NaCl 濃度達到200 mmol/L 時下降幅度最大，分別高達88.62%、88.89%、80.62%、88.25%；無論鮮重還是干重，都是地下部的降幅高于地上部，說明矮牽牛幼苗地下部對NaCl 脅迫更為敏感。

表2 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗生物量

2.3 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗根系形態參數的影響

由表3 可知，與對照相比，50 mmol/L NaCl 脅迫處理即顯著降低矮牽牛幼苗根系的形態參數值，矮牽牛幼苗根系的總長度、總表面積和平均直徑在200 mmol/L NaCl 處理時最低，與對照相比，受抑程度分別為86.07%、87.26%、24.00%。 可見，矮牽牛幼苗的根系參數對NaCl 脅迫的敏感性程度為總表面積＞總長度＞平均直徑。

表3 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗根系形態參數

2.4 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片氣孔特征的影響

為保證不同處理間取樣處理的一致性，選取有代表性的NaCl 脅迫濃度(0、100、200 mmol/L)測定幼苗葉片氣孔特征(表4)。 與對照相比，NaCl 脅迫處理顯著降低矮牽牛幼苗葉片下表皮的氣孔長度和開度，顯著提高其氣孔密度。 本試驗條件下，氣孔密度隨NaCl 濃度升高而升高，100 mmol/L 和200 mmol/L 處理下較對照分別增加52.26%、132.40%；氣孔長度及氣孔開度則隨著NaCl 濃度升高而下降，氣孔長度降幅分別為26.97%、42.22%，氣孔開度降幅分別為49.28%、76.28%。 矮牽牛幼苗葉片下表皮細胞面積隨著NaCl 濃度升高而減小，與對照相比，100 mmol/L NaCl 對下表皮細胞面積的影響不顯著，200 mmol/L NaCl 顯著降低下表皮細胞面積，降幅為52.18%。

表4 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗葉片下表皮細胞及氣孔特征

2.5 不同濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗葉片光合參數的影響

由表5 看出，隨NaCl 濃度增加，矮牽牛幼苗葉片的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和蒸騰速率均表現為下降趨勢。 與對照相比，凈光合速率、氣孔導度和胞間CO2濃度在50 mmol/L NaCl 處理時就顯著下降，降幅分別為18.52%、23.12%、21.79%，蒸騰速率則是在100 mmol/L NaCl 脅迫處理時顯著下降。 表明NaCl 脅迫降低矮牽牛幼苗葉片的氣孔開度，抑制CO2進入，從而降低光合速率。

表5 不同濃度NaCl 脅迫下的幼苗光合參數

2.6 NaCl 脅迫下矮牽牛幼苗的半致死濃度

由表6 可知，矮牽牛幼苗的指標不同，其半致死濃度也不同。 根總表面積對應的半致死濃度最低(60.51 mmol/L)，其次是地下部鮮重(66.25 mmol/L)和地上部鮮重(77.36 mmol/L)，而葉片數對應的半致死濃度最高，為1 622.45 mmol/L。說明矮牽牛幼苗不同性狀對NaCl 脅迫的敏感程度為根總表面積＞地下部鮮重＞地上部鮮重＞根總長＞地下部干重＞地上部干重＞SPAD 值＞根平均直徑＞葉片數。 這9 個指標對應的NaCl 半致死濃度的平均值為319.19 mmol/L。 表明，此試驗條件下，與對照相比，對矮牽牛幼苗生長的抑制程度達到50%時對應的NaCl 濃度為319.19 mmol/L，定義該濃度為矮牽牛幼苗NaCl 脅迫的半致死濃度。

表6 NaCl 脅迫矮牽牛幼苗的半致死濃度

3 討論與結論

生長受抑是鹽分對植物最明顯的脅迫效應，受抑程度受植物自身抗鹽能力和鹽脅迫水平等的影響[16]。 本試驗條件下，NaCl 脅迫處理的矮牽牛幼苗根系總長度、根總表面積、根平均直徑、根尖數均顯著下降，這與趙蕾[17]、?zyazici[18]等的研究結果相似。 本研究發現，50 mmol/L 的低濃度NaCl 脅迫對矮牽牛幼苗生物量的抑制影響已達顯著水平，濃度升高，抑制程度增大，這與Dadashpour[19]、Maqbool[20]等的研究結果一致。 NaCl 溶液濃度200 mmol/L 對矮牽牛幼苗的地上部鮮重、地下部鮮重、地上部干重和地下部干重的抑制程度最高，這與耿曉東等[21]的研究結果相似。 與地上部相比，地下部對NaCl 脅迫更為敏感，這可能是因為高鹽逆境首先傷害根部，根的生長受抑，降低根系對水分和養分的吸收能力[22-24]，從而降低貯藏物質的輸導和同化效率，進而使得植株生物量減少，且地下部減少的幅度大于地上部。

鹽離子使植物根系周圍環境溶液的濃度升高，造成植物吸水困難，葉片氣孔關閉，胞間CO2濃度和光合速率下降，影響植物的正常生長代謝[25]。 本試驗中，氣孔長度和下表皮細胞面積隨NaCl 濃度升高而下降，矮牽牛下表皮的氣孔隨著NaCl 濃度升高而逐漸呈關閉狀態。 其結果導致蒸騰速率降低，有利于保持體內水分，適應由鹽分生境造成的生理干旱，這可能是矮牽牛幼苗抵抗鹽脅迫的適應機制。 此外，本研究中高濃度鹽脅迫處理的矮牽牛幼苗葉片SPAD 值顯著下降，這與侯鵬浩[26]、楊萬鵬[27]、王堽[28]、鄭伶杰[29]等的研究結果類似，原因可能與鹽脅迫下葉綠素合成受抑和葉綠素降解加快有關[30]。

通過比較矮牽牛幼苗常規易測指標對NaCl濃度線性擬合得到的半致死濃度，發現矮牽牛幼苗根總表面積對應的NaCl 半致死濃度和極限濃度均最低，其次為地下部鮮重和地上部鮮重，最高的是葉片數。 據此推斷矮牽牛幼苗根總表面積對NaCl 脅迫最為敏感，而葉片數最不敏感。 而徐小玉[31]、蘇冉[32]等對雛菊和百脈根的相關研究認為根總長對NaCl 脅迫更為敏感，這可能是因為植物種類不同，對鹽脅迫敏感的組織和器官也有所不同。

綜上所述，NaCl 脅迫抑制矮牽牛幼苗根系生長，降低氣孔長度、開度及葉綠素含量，從而導致矮牽牛幼苗葉片凈光合速率下降，生長受抑，生物量降低。 對常規易測指標與NaCl 濃度進行線性擬合得出，矮牽牛幼苗的NaCl 脅迫半致死濃度為319.19 mmol/L，根總表面積、地下部鮮重、地上部鮮重的半致死濃度較低，可作為矮牽牛苗期對NaCl 脅迫耐性強弱的衡量指標。