堿性鹽脅迫對3種番茄根系活力和光合色素的影響

趙秋月　張廣臣

摘要：研究Na2CO3脅迫下3種番茄根系活力和光合色素的變化情況。結(jié)果表明：與對照相比，鹽濃度≤20 mmol/L的 Na2CO3脅迫下，番茄植株的根系活力、生物量呈增加的趨勢；鹽濃度≥40 mmol/L條件下的番茄植株的生物量、根系活力和光合色素含量均呈明顯降低的趨勢，說明高鹽濃度嚴重抑制了植株根系活力，使光合色素含量降低，減少了生物量，抑制了植物生長。綜合測試指標推斷，供試番茄苗期耐鹽能力排序為月光>L-402>西番206。

關鍵詞：Na2CO3脅迫；番茄；根系活力；葉綠素

中圖分類號： S641.201文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）11-0219-05

收稿日期：2015-03-11

基金項目：四川省教育廳課題（編號：15ZB0278）；綿陽師范學院校級科研課題（編號：2013B02）。

作者簡介：趙秋月（1978—），女，吉林扶余人，碩士，講師，從事植物逆境生理研究。E-mail：7682368@qq.com。

通信作者：張廣臣，教授，從事植物栽培生理研究。E-mail：gczh2005@126.com。土壤鹽漬化是人類生存面臨的生態(tài)危機之一，土壤的鹽漬化問題日益威脅著人類賴以生存的有限土地資源，鹽脅迫已經(jīng)成為全世界范圍內(nèi)影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最重要的環(huán)境脅迫因子[1]。土壤鹽漬化直接影響了糧食的生產(chǎn)，是農(nóng)業(yè)開發(fā)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大限制條件和障礙因素[2]。目前，已有超過 100 多個國家報道了與鈉鹽積累有關的土壤鹽堿化現(xiàn)象[3]，包括鹽土、堿土以及鹽堿土。有研究顯示，堿化土壤（受堿性鹽 Na2CO3、NaHCO3影響的土壤）對植物幼苗存活造成的傷害較鹽化土壤（受中性鹽 NaCl、 Na2SO4影響的土壤）嚴重[4]。鹽脅迫對植物的傷害是多種因素共同作用的結(jié)果，包括滲透脅迫、特定離子毒害等[5]。根系是植物吸收養(yǎng)分的重要器官，光合作用是植物賴以生存的物質(zhì)基礎，根系生長狀況好壞和光合能力的大小直接影響植物的生長狀況與最終產(chǎn)量。近年來大量研究表明，鹽脅迫會導致植物光合能力和生物量的下降[6-8]，且多以中性鹽NaCl脅迫小麥[9]、玉米[10]等農(nóng)作物和木本植物材料，探明了鹽脅迫與植物保護酶等指標的關系。然而，有關鹽脅迫對植物根系生理和光合作用影響的研究尚屬薄弱環(huán)節(jié)，尤其是關于作物根系對堿性鹽分脅迫響應方面的研究更少。番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）屬于中度鹽敏感鮮食和加工型蔬菜作物，是人們?nèi)粘Ｉ钪兴矏鄣氖吖褪卟耍袌鲂枨罅亢艽?，是設施蔬菜栽培的主要品種之一。

本試驗研究Na2CO3脅迫番茄植株的根系活力和光合色素的變化規(guī)律，了解番茄植株在堿性鹽漬環(huán)境下的根系生長狀況以及對番茄植株光合作用的影響，以期為培育新的耐鹽品種提供理論參考。

1材料與方法

1.1材料與設計

試驗在吉林農(nóng)業(yè)大學蔬菜基地溫室內(nèi)進行，供試番茄品種為 L-402、月光、西番206。試驗采用穴盤育苗，待番茄幼苗長至兩葉一心時，選長勢均一的壯碩幼苗移至8 cm×8 cm的黑色營養(yǎng)缽內(nèi)，每缽1株苗。試驗用鹽為堿性鹽Na2CO3，鹽濃度設5個水平：0（CK）、10、20、40、80 mmol/L。試驗采用隨機區(qū)組設計，每個處理30株，重復3次。待番茄幼苗移栽緩苗后，長至4～5張真葉完全展開時開始進行鹽液脅迫處理，每株幼苗每次緩慢澆灌各個不同鹽處理的鹽液50 mL，每隔 7 d 澆1次，連續(xù)脅迫澆灌5次。每次澆灌鹽液后第3天，取植株頂?shù)?側(cè)枝枝頂2～5張葉測定光合色素指標，取鹽脅迫處理后整株幼苗測定生物學和根系指標。

1.2測定項目與方法

植株幼苗干、鮮質(zhì)量的測量方法：幼苗用去離子水沖洗地上部和根系，洗凈后用吸水紙吸干表面水分，稱量幼苗的地上部分、地下部分、根系鮮質(zhì)量。 然后在105 ℃下殺青15 min，75 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稱量地上部分、地下部分、根系干質(zhì)量。根活躍吸收面積的測定，采用甲烯藍吸附染色法[11]，取待測植物根系用濾紙將水吸干后，用量筒測定其根系體積，再用吸水紙小心再次吸干后，順序地浸入盛有甲烯藍溶液的3個燒杯中，每杯浸1.5 min。從3個燒杯中各取l mL加入試管，均稀釋10倍，在660 nm波長下測其吸光度，查標準曲線，計算每杯浸入根系后溶液中剩下的甲烯藍質(zhì)量（mg），代入公式求出根的吸收面積。

色素提取與測定參考丙酮-乙醇混合液比色法[12-14]，在4張重疊的待測植物葉（溫室盆栽）主脈一側(cè)用直徑為 0.8 cm 的打孔器取樣，放入50 mL容量瓶中，加入95%丙酮 ∶95%乙醇=1 ∶1的混合液定容，在17 ℃下避光48 h浸泡提取。用日本島津721分光光度計在663、645、440 nm 范圍內(nèi)測定色素提取液的吸收光譜，代入公式中求得色素含量，相關計算公式如下：

葉綠素a濃度（CChla）=12.71×D663 nm-2.59×D645 nm；

葉綠素b濃度（CChlb）=22.88×D645 nm-4.67×D663 nm；

總?cè)~綠素濃度（CChlT）=CChla+CChlb；

類胡蘿卜素濃度（CCar）=4.7×D440 nm-0.27×CChlT；

葉綠素（類胡蘿卜素）含量（mg/dm2）=C總濃度×提取液總體積÷1 000÷葉面積。

數(shù)據(jù)采用Excel和DPS軟件進行統(tǒng)計分析。試驗數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值，采用Duncans多重比較法進行差異顯著性檢驗。

2結(jié)果與分析

2.1Na2CO3脅迫對番茄幼苗生物學指標的影響

表1為Na2CO3脅迫33 d（2011年8月17日）測得供試3種番茄生物學指標變化情況。供試3種番茄幼苗的生物量都隨著鹽濃度的增加，呈先增加后降低的趨勢，說明低鹽脅迫對番茄幼苗生物量有促進作用。不同品種間比較可知，L-402在10 mmol/L鹽處理下生物量達到最大值；月光、西番206則在20 mmol/L鹽處理下生物量達到最大值；在80 mmol/L鹽處理下，L-402、月光、西番206生物量分別比對照降低了8.63%、6.53%、7.46%，月光生物量降低得最少，L-402生物量降低得最多。

根系是植物活躍地吸收和合成養(yǎng)分的重要器官，根的生長情況和活力水平直接影響地上部的生長、營養(yǎng)狀況以及植株產(chǎn)量水平[15]。由表1可知，隨著鹽濃度的增加，供試的3種番茄的主側(cè)根比均是先降低后升高，且供試L-402、月光、西番206品種在低鹽處理下主側(cè)根比達到最低值；隨著鹽濃度在一定范圍內(nèi)增加，主側(cè)根比逐漸增加，鹽濃度為80 mmol/L時，L-402、月光、西番206主側(cè)根比分別比對照分別增加了0.07、0.02、0.01。從這組數(shù)據(jù)中可以看出，根部受影響程度表現(xiàn)為L-402品種大于月光、西番206品種。隨著鹽濃度的增加，番茄幼苗根冠比呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，但各品種各處理間差異不明顯，表明各品種在鹽處理下對幼苗根冠比無明顯影響。綜上可知，與對照相比，低鹽脅迫（鹽濃度≤20 mmol/L）可以促進番茄植株的生長發(fā)育（生物量、主側(cè)根比、根冠比），高鹽脅迫（鹽濃度>20 mmol/L）抑制番茄植株生長發(fā)育；供試3個品種中，月光番茄耐鹽能力優(yōu)于其他2種供試番茄品種。

2.2Na2CO3脅迫對番茄幼苗根系總吸收面積和活躍吸收面積的影響

根系吸收活力對整個植株的生命活力有著重要的影響，因此可以根據(jù)根系對某種物質(zhì)的吸附量測定根系的吸收面積，從而確定根系活力的大小。由表2可知，Na2CO3脅迫33 d后，低鹽處理可以增加根系的活躍吸收面積、總吸收面積；但是隨著鹽濃度的增加，活躍吸收面積、總吸收面積均呈現(xiàn)顯著的下降趨勢。說明低鹽處理增強了番茄幼苗根部活力，這可能是由于番茄根系在鹽脅迫情況下的一種應激性反應，通過提高根系的代謝來緩解鹽脅迫對植物的傷害。當鹽濃度為80 mmol/L時，L-402、月光、西番206根系總吸收面積與對照相比較分別下降了32.10%、29.90%、34.48%；活躍吸收面積分別下降了71.43%、66.04%、79.03%。由此可以看出，高鹽濃度下供試的各番茄根系總吸收面積和活躍吸收面積與對照相比均降低，總吸收面積降低最多的品種是西番206，月光總吸收面積降低最少，L-402總吸收面積降低程度居于中間；活躍吸收面積與總吸收面積呈相同的規(guī)律，說明高鹽脅迫下月光番茄的根系活力強于L-402、西番206，西番206的根系活力受到的傷害最大。

2.3Na2CO3脅迫對番茄幼苗葉片葉綠素a+b含量的影響

Na2CO3除了對番茄根系活力產(chǎn)生影響外，對番茄幼苗葉片光合初級代謝中葉綠素a+b含量也產(chǎn)生了影響。如圖1所示，本試驗供試番茄幼苗在Na2CO3脅迫下，隨著鹽濃度的增加，葉綠素a+b含量呈現(xiàn)降低的趨勢，鹽濃度越高，含量降

低的越多。8月10日測試結(jié)果表明，供試品種L-402、月光、西番206 的葉綠素a+b含量在80 mmol/L鹽處理下與對照相比分別降低了23.3%、22.8%、25.6%，其中月光品種的葉綠素a+b含量降低最少，西番206葉綠素a+b含量降低最多。

2.4Na2CO3脅迫對番茄幼苗葉片葉綠素a含量的影響

由圖2可以看出，在Na2CO3脅迫下，隨著鹽處理濃度的增加，葉綠素a含量呈下降的趨勢，10 mmol/L鹽處理對供試3種番茄葉片中葉綠素a含量影響不大。80 mmol/L鹽處理與CK比較，L-402番茄葉片葉綠素a含量下降了22.5%，月光下降了21.6%，西番206下降了25.1%。通過以上數(shù)據(jù)可知，供試西番206番茄葉綠素a含量比L-402、月光降低得多，這一變化規(guī)律與葉綠素含量變化規(guī)律相似。

2.5Na2CO3脅迫對番茄幼苗葉片葉綠素b含量的影響

由圖3可知，葉綠素b含量相對于葉綠素和葉綠素a含量，下降趨勢要緩慢得多，其不同處理鹽濃度的變化曲線間距明顯小于前兩者。20 mmol/L鹽處理下，從脅迫初期（7月20日）到鹽脅迫后期（8月17日），供試L-402番茄葉片葉綠素a含量下降59.71%，而葉綠素b含量下降17.27%；月光葉綠素a含量下降42.99%，葉綠素b含量下降13.75%；西番206葉綠素a含量下降57.79%，葉綠素b含量下降18.95%。由這些數(shù)據(jù)推斷可知，鹽脅迫影響葉綠素a的程度要大于葉綠素b。在鹽脅迫初期，植株體內(nèi)葉綠素b含量下降并不明顯，隨著鹽脅迫時間的增加，鹽濃度<20 mmol/L的脅迫處理下供試番茄葉綠素b含量下降的幅度不明顯；而在高鹽處理條件下，供試番茄葉片中葉綠素b含量下降的速度高于CK。

2.6Na2CO3脅迫對番茄幼苗葉片類胡蘿卜素含量的影響

由圖4可知，鹽脅迫下，供試番茄葉片類胡蘿卜素含量隨著鹽濃度的增加呈現(xiàn)降低的趨勢。0（CK）、10、20、40、80 mmol/L鹽脅迫末期（8月17日）的類胡蘿卜素含量相對于鹽脅迫初期（7月20日）而言，L-402分別下降了49.81%、52.67%、54.28%、55.61%、57.70%，月光分別下降了33.83%、35.93%、38.44%、41.69、43.34%，西番206分別下降了51.98%、57.76%、58.08%、61.49%、63.28%。通過這些數(shù)據(jù)可知，鹽處理濃度越高，類胡蘿卜素含量降低得越多；隨著鹽脅迫時間的延長，類胡蘿卜素含量下降程度越大；從下降的程度來看，供試3種番茄中月光類胡蘿卜素含量下降得最少，西番206下降得最多。

3結(jié)論與討論

鹽脅迫主要是通過滲透脅迫和離子毒害對作物的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制[16]。土壤中過量的鹽影響到植物的新陳代謝過程，如二氧化碳同化、葉綠素合成、呼吸作用、植物激素代謝

等，這些綜合表現(xiàn)都會影響到植物的生長[17-18]。而生物量累積和根冠比值為評估鹽脅迫強度和植物的耐鹽堿能力提供了可靠依據(jù)[19]。過量的鹽濃度使根系滲透勢高于環(huán)境中的滲透勢，從而造成根系吸水困難，降低了根系和地上部分的生長，且地上部分受到的影響比根系受到的影響大；隨著鹽濃度的升高，根系活躍吸收面積/總吸收面積比值的變化比較小，根系活力呈現(xiàn)先增后降的趨勢[20]。本研究表明，低鹽脅迫對番茄的生長有促進作用，高鹽脅迫才對番茄產(chǎn)生危害，即Na2CO3脅迫番茄。當Na2CO3濃度>40 mmol/L 時，番茄植株的生長產(chǎn)生抑制作用，減少了側(cè)根的發(fā)育，降低了根系活力，對于植株的生長影響表現(xiàn)為地上部分>地下部分；Na2CO3濃度<20 mmol/L時，有促進番茄生長的表現(xiàn)。

鹽脅迫直接影響植物根系吸收營養(yǎng)的同時，對植物體內(nèi)光合作用代謝也產(chǎn)生了影響，光合能力的強弱對于植物生長及抗逆性都具有重要的影響，逆境脅迫對作物光合特性的影響程度決定著作物的同化水平、抗性水平和產(chǎn)量水平。葉綠素是重要的光合作用物質(zhì)，葉綠素代謝是一個動態(tài)平衡過程，鹽脅迫打破這種平衡，造成葉綠素含量發(fā)生變化[8]。有學者研究表明，低濃度的鹽脅迫能夠促進葉片中葉綠素的形成，從而提高觀賞價值，高濃度的鹽脅迫降低葉綠素的形成[21]。Strogonov認為，導致葉綠素含量降低是由于鹽脅迫造成的離子毒害使葉綠素和葉綠素蛋白的結(jié)合變得松弛，進而促使葉綠素的解離，同時鹽脅迫增加了葉綠素酶活性，進一步加速葉綠素分解[22]。本試驗結(jié)果表明，在鹽脅迫下葉綠素a+b含量、葉綠素a含量和葉綠素b含量均呈降低的趨勢，鹽濃度越高，幾種測試指標降低得越快，說明葉綠體結(jié)構(gòu)受到的傷害越嚴重。葉綠素b含量相對于葉綠素a+b、葉綠素a含量2個指標的下降趨勢要緩慢的多，其不同處理鹽濃度的變化曲線間距明顯小于二者，說明葉綠素變化主要是葉綠素a的變化引起的。

鹽脅迫不僅會影響植物的光合作用、葉綠素合成等初級代謝，也會影響到其次級色素的代謝水平[23-28]。鹽脅迫下β-胡蘿卜素含量的變化隨處理鹽脅迫程度的增加其整體變化趨勢呈先升高后降低趨勢[29]。本研究表明，低濃度（≤20 mmol/L ）鹽脅迫對番茄類胡蘿卜素含量影響不大，隨著鹽濃度增加，類胡蘿卜素含量降低得越快；隨著鹽脅迫時間變長，類胡蘿卜素含量下降程度越大，這說明土壤中鹽量積累越多，對植物光合作用的次級代謝影響越大。

綜上所述，低鹽脅迫（鹽濃度≤20 mmol/L）可以促進番茄植株的生長發(fā)育（生物量、主根/側(cè)根、根冠比），高鹽脅迫（鹽濃度>20 mmol/L）抑制番茄植株生長發(fā)育。在Na2CO3脅迫下，隨著鹽處理濃度的增加，供試3種番茄植株葉片中葉綠素a+b含量、葉綠素a含量、葉綠素b含量和類胡蘿卜含量均呈下降趨勢，鹽濃度越高，下降得越快。綜合測試指標比較而言，在Na2CO3脅迫情況下月光耐鹽性較強，L-402居中，西番206耐鹽性最低。關于鹽脅迫下不同番茄品種耐鹽性差異的機理有待進一步研究。

參考文獻：

[1]王佳麗，黃賢金，鐘太洋，等. 鹽堿地可持續(xù)利用研究綜述[J]. 地理學報，2011，66（5）：673-684.

[2]買買提·阿扎提，艾力克木·卡德爾，吐爾遜·哈斯木，等. 土壤鹽漬化及其治理措施研究綜述[J]. 環(huán)境科學與管理，2008，33（5）：29-33.

[3]Rengasamy P. World salinization with emphasis on Australia[J]. Journal of Experimental Botany，2006，57（5）：1017-1023.

[4]Peng Y L，Gao Z W，Gao Y，et al. Eco-physiological characteristics of alfalfa seedlings in response to various mixed salt-alkaline stresses[J]. Journal of Integrative Plant Biology，2008，50（1）：29-39.

[5] Nandwal A S，Godara M，Sheokand S，et al. Salinity induced changes in plant water status，nodule functioning and ionic distribution in phenotypically differing genotypes of Vigna radiate L. [J]. Plant Physio，2000，156（3）：350-359.

[6]尹海龍，田長彥. 不同鹽度環(huán)境下鹽地堿蓬幼苗光合生理生態(tài)特征[J]. 干旱區(qū)研究，2014，31（5）：850-855.

[7]駱建霞，孫博，張鴻婧，等. 鹽脅迫對大花芙蓉葵幼苗生長及生理特性的影響[J]. 天津農(nóng)業(yè)科學，2014，20（8）：18-21.

[8]張景云，繆南生，白雅梅，等. 鹽脅迫下二倍體馬鈴薯葉綠素含量和抗氧化酶活性的變化[J]. 作物雜志，2014（5）：59-63.

[9]靖姣姣，張穎，白志英，等. 鹽脅迫對小麥代換系幼苗葉片保護酶活性影響及染色體效應[J]. 華北農(nóng)學報，2014，29（5）：134-138.

[10] 彭云玲，李偉麗，王坤澤，等. NaCl脅迫對玉米耐鹽系與鹽敏感系萌發(fā)和幼苗生長的影響[J]. 草業(yè)學報.2012（4）：62-71.

[11]李合生. 現(xiàn)代植物生理學[M]. 北京：高等教育出版社，2002：188-193.

[12]張憲政. 植物葉綠素含量測定——丙酮乙醇混合液法[J]. 遼寧農(nóng)業(yè)科學，1986（3）：26-28.

[13]張志良. 植物生理學試驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，1990：190-191.

[14]牟建梅，張國芹，劉鳳軍，等. 白菜葉綠素含量的測定方法篩選[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（9）289-290.

[15]貝亦江，張世萍，楊帆，等. 尿液水培蕹菜的過氧化氫酶活性及根系活力[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學學報，2010，29（4）：494-496.

[16] Munns R，Tester M. Mechanisms of salinity tolerance[J]. Annual Review of Plant Biology，2008，59：651-681.

[17]張璐穎，文笑，林勇明，等. 鹽脅迫對臺灣榿木幼苗光合作用和熒光特性的影響[J]. 福建林學院學報，2013，33（3）：193-199.

[18]Greenway H，Munns R. Mechanisms of salt tolerance in non-halophytes[J]. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1980，31：149-190.

[19]Larch W. 植物生態(tài)生理學[M]//翟志席，譯. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學出版社，1997：305.

[20]苗海霞，孫明高，夏陽，等. 鹽脅迫對苦楝根系活力的影響[J]. 山東農(nóng)業(yè)大學學報：自然科學版，2005，36（1）：9-12，18.

[21]高福元，張吉立，劉振平，等. 鹽脅迫對樹錦雞兒葉綠素含量和根系活力的影響[J]. 貴州農(nóng)業(yè)科學，2010，38（5）：46-48.

[22]Strogonov B P. Structure and function of plant cells in saline habitats[M]. New York：Halsted Press，1973：57-58.

[23]陳陽春，張本厚，賈明良，等. 鹽脅迫對半夏組培苗生長及生理指標的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2014，42（12）：62-66.

[24]彭英，劉曉靜，湯興利，等. 鹽脅迫對北沙參生長及生理特性的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2014，30（6）：1273-1278.

[25]呂艷偉，何文慧，陳雨鷗，等. 鹽脅迫對小麥幼苗光合色素含量和細胞膜的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2013，41（6）：74-76.

[26]牛艷，許興，魏玉清，等. 不同產(chǎn)地土壤因子與寧夏枸杞中 β-胡蘿卜素關系的研究[J]. 農(nóng)業(yè)科學研究，2005，26（2）：21-23，39.

[27]王美娥，陳明，郎有忠，等. 鹽分脅迫對小麥光合生產(chǎn)及產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2013，29（4）：727-733.

[28]顏志明，孫錦，郭世榮. 外源脯氨酸對鹽脅迫下甜瓜幼苗生長、光合作用和光合熒光參數(shù)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2013，29（5）：1125-1130.

[29]張芬，張波，田麗萍，等. 鹽脅迫對番茄幼苗葉片光合特性及葉綠素和β-胡蘿卜素含量的影響[J]. 北方園藝，2014（11）：15-20.顧俊榮，楊代鳳，董明輝，等. 秸稈生物反應堆技術對設施茄果類蔬菜生長及棚內(nèi)環(huán)境因子的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43（11

：224-226.