鹽脅迫對瀕危植物夏蠟梅生長及光合生理特性的影響

章華婷 金則新 趙喆

摘要：以瀕危植物夏蠟梅（Sinocalycanthus chinensis）幼苗為材料，研究不同濃度梯度NaCl溶液（0.15%、0.30%、0.45%、0.60%）處理90 d后對其生長和光合生理指標(biāo)的影響，以分析夏蠟梅的耐鹽生理機制。結(jié)果表明，（1）在鹽脅迫下，夏蠟梅幼苗的株高、基徑、比葉面積、根長、根表面積、根體積、根直徑、根冠比、生物量均受到抑制;除0.15%鹽濃度的主根長、根冠比與對照差異不顯著外，其余各項指標(biāo)均明顯低于對照（P<0.05），0.60%鹽處理的各項指標(biāo)均明顯低于其他3個處理（P<0.05）。（2）夏蠟梅幼苗葉片的Pn、Tr、Gs隨著鹽濃度的增加而下降，不同鹽濃度處理與對照均差異顯著（P<0.05）。葉片的Pnmax、LSP均隨著鹽濃度的增加而呈下降趨勢，而LCP則呈增加趨勢，低鹽濃度處理（0.15%）與對照差異不顯著，高鹽濃度（0.60%）與對照差異顯著。（3）葉片相對葉綠素含量隨鹽濃度增加而降低，不同鹽濃度處理與對照差異均顯著（P<0.05）;0.60%鹽濃度的葉綠素?zé)晒鈪?shù)（Fv/Fm、Fv/F0）均比對照顯著降低。由此可見，不同濃度鹽脅迫對夏蠟梅測定的各項指標(biāo)均有影響，其中高鹽濃度（0.60%）對夏臘梅的生長抑制最明顯。

關(guān)鍵詞：鹽脅迫;夏蠟梅;生長指標(biāo);光合生理;葉綠素含量;葉綠素?zé)晒鈪?shù)

中圖分類號： S685.990.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號：1002-1302（2019）07-0142-04

環(huán)境污染和人為非正當(dāng)使用肥料使土壤鹽漬化日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為制約作物生長發(fā)育和生產(chǎn)發(fā)展的重要非生物因素之一[1-2]。我國各種類型鹽堿地的總面積為0.9億hm2，主要分布在沿海、干旱和半干旱地區(qū)[3]。鹽脅迫會對植物產(chǎn)生很多不利的影響，包括鹽脅迫造成的滲透脅迫、離子毒害、氧化應(yīng)激等，還會由于鹽堿脅迫下pH值的升高對植物造成進(jìn)一步的傷害[4]。例如Yang等試驗證明，隨著鹽度和pH值的增大，苜蓿葉片中凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和胞間CO2濃度下降[5]。薛焱等也發(fā)現(xiàn)，高濃度鹽會抑制瀕危鹽生植物長葉紅砂的生長，改變植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[6]。因此培育耐鹽堿植物品種、提高植物的耐鹽堿能力是緩解鹽堿地對植物影響的一個有效生物措施[4]。

夏蠟梅（Sinocalycanthus chinensis）為落葉灌木，隸屬于蠟梅科（Calycanthaceae）夏蠟梅屬（Sinocalycanthus），是國家二級珍稀瀕危保護植物，在浙江東部地區(qū)有分布，夏蠟梅花大美麗，其葉對感冒、咳嗽、氣喘等具有一定的療效，具有良好的觀賞價值與應(yīng)用推廣價值[7]。目前模擬環(huán)境因子變化對夏蠟梅的影響已經(jīng)做了一些研究，如酸雨降低了夏蠟梅的光合能力，增加了抗氧化酶[超氧化物岐化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）]活性、丙二醛（MDA）含量和質(zhì)膜透性[8]。夏蠟梅對輕度干旱有一定耐受力，中度和高度干旱對其影響較大[9]，但有關(guān)鹽脅迫對夏蠟梅的影響的研究報道較少。本試驗采用盆栽法研究鹽脅迫對夏蠟梅幼苗光合生理與生長特性的影響，旨在探討夏蠟梅幼苗的耐鹽機制，找出夏蠟梅幼苗能夠承受的最大耐鹽濃度，擴大夏蠟梅的生存環(huán)境，為瀕危植物夏蠟梅的合理推廣與利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及處理

取相似大小的一年生夏蠟梅幼苗，移栽到上口徑 23.60 cm、下口徑13.80 cm、高16.20 cm的花盆中，每盆裝干土3.00 kg，花盆底部置托盤，每盆移植1株，澆足水分。成活后，于2017年4月8日進(jìn)行鹽脅迫處理，1 kg干土中的鹽含量分別為0.15%、0.30%、0.45%、0.60%[10]，分別代表低鹽、中低鹽、中鹽和高鹽處理，以澆等量的自來水為對照（CK）。每個處理組15個重復(fù)，為防止一次性加入鹽溶液出現(xiàn)燒苗現(xiàn)象，用相應(yīng)濃度的NaCl溶液分5次灌透，將滲到托盤的鹽溶液倒回花盆中。每2 d澆灌1次，于2017年4月16日土壤達(dá)到相應(yīng)的含鹽量。處理90 d后，于2017年7月15日進(jìn)行各項指標(biāo)的測定。由于夏蠟梅是陰生植物，整個試驗在臺州學(xué)院玻璃溫室中進(jìn)行，采用遮陰處理，光照度為37%全光照。

1.2 測試指標(biāo)及方法

1.2.1 形態(tài)參數(shù)的測定 鹽處理90 d后，用直尺和游標(biāo)卡尺測量株高、基徑，記錄植物的葉片數(shù)，參照Green等的方法[11]，用蒸餾水洗凈后，獲取完整的根系，放置在樹脂玻槽內(nèi)，注水使根部充分散開，用掃描儀（Epson 1680）與WinRhizo根系分析系統(tǒng)掃描完整的根系圖像，獲得根表面積、根長、平均根直徑、根體積、根尖數(shù)，并計算比根長（比根長=根長/根生物量），再用掃描儀（Epson 1680）與WinFolia葉片分析系統(tǒng)分析葉片圖像，計算得到比葉面積（比葉面積=葉面積/葉片生物量）[12]。

1.2.2 生物量的測定 按夏蠟梅根、莖、葉不同器官采集樣品，分別于105 ℃殺青30 min，在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，測定各器官的生物量，計算得到根冠比（根冠比=地下生物量/地上生物量）[13]。

1.2.3 夏蠟梅葉片光合參數(shù)的測定 選擇7月初的晴天，于09：00—11：00采用Li-6400XT便攜式光合作用儀（LI-COR，USA）測定葉片的光合特性（凈光合速率Pn、蒸騰速率Tr、氣孔導(dǎo)度Gs、胞間CO2濃度Ci），設(shè)定參數(shù)如下：光合有效輻射（PAR）為1 500 μmol/（m2·s），葉室溫度為25 ℃，流速控制在 500 μmol/（m2·s），相對濕度為65%，CO2濃度為 400 μmol/mol[8]。

1.2.4 光響應(yīng)曲線的測定 用Li-6400XT便攜式光合作用儀自帶的紅藍(lán)光源，設(shè)置光照度梯度由高到低為1 500、1 200、1 000、800、600、400、200、150、100、50、20、0 μmol/（m2·s），測定夏蠟梅幼苗的光合速率。測定前用 1 500 μmol/（m2·s） 的光照度對所測葉片進(jìn)行20 min的誘導(dǎo)。光響應(yīng)測定條件設(shè)置葉室溫度為25 ℃，流速控制在 500 μmol/（m2·s），相對濕度為65%[7，14]。

1.2.5 相對葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定[15] 選取成熟向陽面功能葉片中部進(jìn)行活體測定，用CCM-200手持式葉綠素測定儀（OPTI-SCIENCES，USA）測定每個鹽處理下的夏蠟梅葉片葉綠素相對含量（SPAD值），每株植物選2張葉片，在每張葉片中脈兩側(cè)選2個點，將8個點的平均值作為此株植物的相對葉綠素含量。選取與測定葉綠素含量相同的葉片，于夜晚利用OS30P便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（OPTI-SCIENCES，USA）測定葉綠素?zé)晒饣緟?shù)：初始熒光（F0），最大熒光（Fm），光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），并計算PSⅡ潛在光化學(xué)效率（Fv/F0）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，用葉子飄的雙曲線修正模型擬合光合數(shù)據(jù)[16]。用Origin 8.5進(jìn)行繪圖，不同處理之間的差異顯著性采用單因素方差分析（one-way ANOVA）和最小顯著性差異法（LSD）多重比較（SPSS 16.0）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗生長的影響

2.1.1 鹽脅迫對夏蠟梅植株形態(tài)參數(shù)的影響 不同鹽濃度對夏蠟梅植株形態(tài)參數(shù)的影響見表1，可見隨著鹽濃度的升高，株高、基徑、比葉面積均呈現(xiàn)降低趨勢，各處理組與對照相比差異均顯著（P<0.05）。其中0.60%鹽濃度處理對夏蠟梅植株的株高、基徑、比葉面積影響最大，分別比對照降低了 64.11%、57.14%、23.25%。

2.1.2 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗根系形態(tài)參數(shù)的影響 從表2可以看出，鹽脅迫抑制了夏蠟梅幼苗主根長、根平均直徑、根平均體積、根表面積的生長，除0.15%鹽濃度的主根長、0.15%～0.45%鹽濃度的比根長與對照差異不顯著外，其余各指標(biāo)均差異顯著（P<0.05）。隨著鹽濃度的增加抑制效果更加明顯，其中0.60%鹽濃度下主根長、根表面積、根平均直徑、根平均體積分別比對照降低了69.64%、71.56%、14.81%、76.10%。而比根長隨著鹽濃度的增加而增加，0.60%鹽濃度下的比根長比對照增加了 145.15%，且與對照及其他3個處理間差異均顯著（P<0.05）。

2.1.3 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗生物量的影響 由表3可見，隨著鹽濃度的升高，各器官及總生物量均呈現(xiàn)降低趨勢，且不同鹽濃度處理均顯著低于對照（P<0.05）。就不同器官而言，根的生物量下降幅度最大，而莖的生物量下降幅度最小，其中0.60%鹽濃度處理的根、葉、莖生物量分別比對照下降了 85.09%、65.75%、58.20%?？偵锪颗c對照相比，0.15%、0.30%、0.45%、0.60%鹽處理分別比對照下降了31.23%、56.48%、56.48%、73.42%。0.60%鹽濃度處理的根冠比比對照降低了56.90%，差異顯著（P<0.05）。

2.2 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗光合特性的影響

2.2.1 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗葉片光合參數(shù)的影響 由圖1可知，隨著鹽濃度的增加，夏蠟梅幼苗葉片的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度均呈明顯下降趨勢，不同鹽濃度處理與對照相比均差異顯著（P<0.05）。0.15%、0.30%、0.45%、0.60%鹽濃度處理的Pn與對照相比分別下降了19.63%、29.64%、33.32%、70.88%;Tr分別下降了 21.51%、33.85%、32.96%、56.78%;Gs分別下降了 32.61%、48.20%、48.15%、70.71%。不同鹽濃度處理的胞間CO2濃度與對照均無顯著差異，且4個處理之間差異不顯著。

2.2.2 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗葉片光合光響應(yīng)參數(shù)的影響 由圖2可以看出，隨著光合有效幅射的增加，4種鹽濃度處理以及對照的Pn均隨之線性增加，當(dāng)達(dá)到光飽和點（LSP）時，變化趨勢趨于平緩。0.60%鹽濃度與對照及其他3個處理間差異明顯，對照及其他各處理組之間差異不顯著。

不同鹽濃度處理下夏蠟梅葉片光合光響應(yīng)特征值見表4?？梢钥闯觯南灻酚酌绲淖畲髢艄夂纤俾剩≒nmax）隨著鹽濃度的升高而下降，0.60%鹽濃度處理與0.15%鹽濃度組及對照之間差異均顯著（P<0.05），比對照下降了61.28%;其他3個處理之間以及3個處理與對照之間均無顯著差異。光飽和點隨著鹽濃度增加而下降，0.15%鹽濃度處理與對照無顯著差異，0.30%、0.45%、0.60%鹽濃度下的LSP分別比對照下降了24.17%、35.90%、60.47%，均達(dá)顯著差異（P<0.05）。而光補償點（LCP）則隨鹽脅迫濃度的增加而增加，除0.15%鹽濃度與對照無顯著差異外，0.30%、0.45%、0.60%鹽濃度下的LCP分別比對照增加了62.30%、113.30%、176.14%，均達(dá)顯著差異（P<0.05），這3個處理之間也達(dá)顯著差異（P<0.05）。表觀量子效率（AQE）、暗呼吸效率（Rd）的變化規(guī)律不明顯。

2.3 鹽脅迫對夏蠟梅幼苗相對葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

從表5可以看出，相對葉綠素含量隨著鹽濃度的增加而下降，0.15%、0.30%、0.45%、0.60%鹽濃度處理的夏蠟梅幼苗相對葉綠素含量分別比對照下降了11.22%、15.45%、21.83%、37.44%，均達(dá)顯著差異（P<0.05）。4個處理的相對葉綠素含量除0.15%與0.30%鹽濃度處理之間差異不顯著外，其余各處理之間均差異顯著（P<0.05）。隨著鹽脅迫的加劇，PSⅡ最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）、PSⅡ潛在光化學(xué)效率（Fv/F0）均呈下降的趨勢。Fv/Fm、Fv/F0在0.15%、0.30%鹽濃度下與對照均無顯著差異;在0.45%鹽濃度下均顯著低于對照（P<0.05）;在0.60%鹽濃度脅迫下均顯著低于對照及其他3個處理（P<0.05）。

3 討論與結(jié)論

在環(huán)境脅迫下，植物會通過改變其形態(tài)和生理特性以及生活史等對策來適應(yīng)環(huán)境的資源限制[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同鹽濃度處理對瀕危植物夏蠟梅的生長特性有很大的影響。鹽脅迫下夏蠟梅株高、基徑、比葉面積、根系形態(tài)參數(shù)（根長、根體積、根表面積、根平均直徑）、生物量大都顯著低于對照，并且鹽濃度為0.60% 時各指標(biāo)受到的抑制程度最大，表明鹽脅迫是影響植物生長發(fā)育的重要環(huán)境限制因子之一，會誘發(fā)植物各器官的形態(tài)結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)功能的改變。而隨著鹽濃度的增加，造成幼苗根系有機物積累減少，生物量下降較快，使得比根長反而升高。

鹽脅迫下植物的光合作用變化一直是人們研究的重點。光合速率的高低決定了植物有機物質(zhì)儲存的快慢，直接影響植物的生長[18]。本試驗發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的加劇，夏蠟梅幼苗葉片的Pn、Tr、Gs均隨之顯著降低，這表明鹽脅迫條件下氣孔限制可能是導(dǎo)致夏蠟梅幼苗光合作用減弱的主要原因之一，這與李學(xué)孚等研究‘鄞紅葡萄的結(jié)果[19]一致。光是植物進(jìn)行光合作用必不可少的條件，植物對光利用能力的高低是植物光合速率存在差異的重要原因。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著光合有效幅射的增加，4種鹽濃度處理以及對照的Pn均隨之線性增加，當(dāng)達(dá)到光飽和點時，變化趨勢趨于平緩。從光合光響應(yīng)參數(shù)可以看出，隨著鹽濃度升高，夏蠟梅幼苗葉片的Pnmax、LSP均隨之下降，而光補償點則隨之增加，表明高鹽脅迫使得夏蠟梅的Pnmax下降，對光能的利用范圍變窄，降低了植物的光合作用能力。

葉綠素作為光合作用中光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化的載體，在植物光合作用中起著關(guān)鍵的作用[20]。本試驗中夏蠟梅幼苗葉片相對葉綠素含量（SPAD值）隨著鹽脅迫加劇而下降，各組處理與對照相比均差異顯著。一方面可能是由于葉綠體色素合成酶活性降低，葉綠素合成受阻;另一方面也可能是鹽脅迫引起了葉綠體功能的紊亂，或加速了葉綠素的分解和葉綠體形態(tài)結(jié)構(gòu)的受損，使植物葉片內(nèi)葉綠素含量減少[21]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)在測定植物光合作用過程中光系統(tǒng)對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面具有獨特的作用[18，22]。Fv/Fm反映PSⅡ反應(yīng)中心原初光能的轉(zhuǎn)換效率，是反映光抑制程度的良好指標(biāo);Fv/F0可代表PSⅡ活性[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的升高，F(xiàn)v/Fm、Fv/F0均有不同程度的下降，且中鹽和高鹽處理的Fv/Fm、Fv/F0與對照差異顯著，說明鹽脅迫導(dǎo)致夏蠟梅PSⅡ的電子傳遞效率降低和光化學(xué)活性減弱，從而降低了葉片的光合作用。

綜上所述，鹽脅迫會導(dǎo)致夏蠟梅對光能的利用范圍變窄，葉綠素含量下降，抑制光合作用電子傳遞鏈和PSⅡ光化學(xué)活性，使得夏蠟梅葉片光合作用能力減弱，導(dǎo)致有機物積累減少，生物量顯著下降，植物根、莖、葉的生長受到抑制，尤其是在高鹽濃度（0.60%）下各項指標(biāo)受到的抑制更加明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1]束紅梅，郭書巧，鞏元勇，等. 鹽脅迫對作物根系的影響及基因工程改良[J]. 分子植物育種，2013，11（5）：657-662.

[2]郭愛華. 鹽脅迫對蕎麥幼苗生長及結(jié)構(gòu)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（8）：68-70.

[3]陳健妙，鄭青松，劉兆普，等. 麻瘋樹（Jatropha curcas L.）幼苗生長和光合作用對鹽脅迫的響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報，2009，29（3）：1356-1365.

[4]王佺珍，劉 倩，高婭妮，等. 植物對鹽堿脅迫的響應(yīng)機制研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報，2017，37（16）：5565-5577.

[5]Yang J Y，Zheng W，Tian Y，et al. Effects of various mixed salt-alkaline stresses on growth，photosynthesis，and photosynthetic pigment concentrations of Medicago ruthenica seedlings[J]. Photosynthetica，2011，49（2）：275-284.

[6]薛 焱，王迎春，王同智. 瀕危植物長葉紅砂適應(yīng)鹽脅迫的生理生化機制研究[J]. 西北植物學(xué)報，2012，32（1）：136-142.

[7]金則新. 夏蠟梅保護生物學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2010：3-354.

[8]彭禮瓊，金則新，王 強. 模擬酸雨對瀕危物種夏蠟梅幼苗生理生態(tài)特性的影響[J]. 植物研究，2013，33（2）：202-207.

[9]朱 琳，蘆建國. 干旱脅迫對夏蠟梅幼苗生理特征的影響[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015，39（2）：179-182.

[10]宋盈穎，張飲江，李博炎，等. 鹽脅迫對金森女貞生理特征的影響[J]. 上海農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016，32（2）：89-93.

[11]Green J J，Baddeley J A，Cortina J，et al. Root development in the Mediterranean shrub Pistacia lentiscus as affected by nursery treatments[J]. Journal of Arid Environments，2005，61（1）：1-12.

[12]Lau J A，Lennon J T. Evolutionary ecology of plant-microbe interactions：soil microbial structure alters selection on plant traits[J]. New Phytologist，2011，192（1）：215-224.

[13]王穗子，金則新，李月靈，等. 銅脅迫條件下AMF對海州香薷光合色素含量、抗氧化能力和膜脂過氧化的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2015，35（23）：7699-7708.

[14]汪 賽，伊力塔，余樹全，等. 模擬酸雨對青岡光合及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2014，25（8）：2183-2192.

[15]李月靈，金則新，王 強，等. 不同生境華東野核桃光合生理特性及葉綠素?zé)晒鈪?shù)比較[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報（理學(xué)版），2013，40（2）：221-229.

[16]葉子飄. 光合作用對光和CO2響應(yīng)模型的研究進(jìn)展[J].植物生態(tài)學(xué)報 ，2010，34（16）：727-740.

[17]Coomes D A，Grubb P J. Colonization，tolerance，competition and seed-size variation within functional groups[J]. Trends in Ecology & Evolution，2003，18（6）：283-291.

[18]裴 斌，張光燦，張淑勇，等. 土壤干旱脅迫對沙棘葉片光合作用和抗氧化酶活性的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2013，33（5）：1386-1396.

[19]李學(xué)孚，倪智敏，吳月燕，等. 鹽脅迫對‘鄞紅葡萄光合特性及葉片細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報，2015，35（13）：4436-4444.

[20]姜麗麗，連秀芬，樊明壽. 細(xì)胞程序性死亡在植物適應(yīng)逆境中的意義[J]. 生命科學(xué)，2005，17（3）：267-270.

[21]李旭新，劉炳響，郭智濤，等. NaCl脅迫下黃連木葉片光合特性及快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線的變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2013，24（9）：2479-2484.

[22]Massacci A，Nabiev S M，Pietrosanti L，et al. Response of the photosynthetic apparatus of cotton （Gossypium hirsutum） to the onset of drought stress under field conditions studied by gas-exchange analysis and chlorophyll fluorescence imaging[J]. Plant Physiology and Biochemistry，2008，46（2）：189-195.

[23]趙麗英，鄧西平，山 侖. 滲透脅迫對小麥幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（7）：1261-1264.王磊彬，陳興望，李天宇，等. 江蘇豐縣地區(qū)富士蘋果果實礦質(zhì)元素與品質(zhì)的相關(guān)性及通徑分析[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2019，47（7）：146-151.