黃建，祁通，王治國，王勤良，付彥博，孟阿靜

(新疆農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與農(nóng)業(yè)節(jié)水研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】全世界有鹽堿地1×109hm2，約占陸地總面積的1/3[1]。中國鹽堿化土地面積3.6×107hm2，主要分布于西北干旱、半干旱地區(qū)綠洲地帶和經(jīng)濟比較發(fā)達的沿海地區(qū)[2]。新疆共有鹽漬土約1 100余萬畝[3]。鹽漬化土壤主要通過滲透脅迫和離子毒害對植物生長產(chǎn)生為害[4]，去除過量鹽分離子、改善不良土壤結(jié)構(gòu)是改良鹽漬化土壤的關(guān)鍵。鹽角草以其較強的耐鹽能力及較好的吸鹽特性被作為先鋒植物廣泛應(yīng)用于鹽堿地改良中，其耐鹽極限可以達到5% NaCl濃度，內(nèi)莖的可溶性鹽分含量達到37%(干重百分比)[5]。氮素是植物生長的必須元素，而在自然生境中，土壤有機質(zhì)低，氮素含量少，因此，氮素是干旱區(qū)鹽生植物生長的重要限制因子[6-8]。研究氮素對鹽角草光合系統(tǒng)響應(yīng)，對鹽堿地改良利用具有重要的指導意義?！厩叭搜芯窟M展】當植物氮明顯供應(yīng)不足時，增施氮肥可以顯著的提高植物葉片的光合能力[9,10]，熒光系統(tǒng)是植物光合系統(tǒng)中對環(huán)境最為敏感的部分[11]。近年來，研究多集中于施肥水平對大田作物如水稻、小麥、玉米、棉花等大田經(jīng)濟作物研究領(lǐng)域[12,13]?！颈狙芯壳腥朦c】有關(guān)新疆干旱區(qū)氮素調(diào)控對鹽角草光合作用的影響機制尚未檢索到相關(guān)報道。研究采用室內(nèi)盆栽方法來分析不同氮水平條件下鹽角草的葉綠素熒光系統(tǒng)特性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究干旱區(qū)鹽環(huán)境下，不同氮水平下鹽角草光合系統(tǒng)，分析鹽角草對鹽及氮脅迫雙重為害的響應(yīng)機制，為鹽角草抗逆性機理及生物改良技術(shù)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

2016年4～10月，試驗在新疆烏魯木齊市國家灰漠土肥力與肥料效益重點野外科學觀測試驗站進行(N43°95'26"，E87°46'45")，海拔高度680～920 m，年均氣溫5～7℃，屬于干旱半干旱荒漠氣候，年降水量180～250 mm，年蒸發(fā)量1 600～2 200 mm，年均日照時數(shù)2 594 h。鹽角草種子采自中國科學院新疆生態(tài)與地理研究所阜康鹽生植物園，鹽角草(Salicornia-EuropaeaL.)為藜科(Chenopodiaceae)鹽角草屬(SalicorniaL.)的聚鹽鹽生植物(Ushakova et al, 2006)。鹽角草又叫海蓬子，生長在中國西北和華北的鹽土中，生長在含鹽量高達0.5%～6.5%的潮濕鹽沼中，普通植物生長在含鹽量超過1%以上的土壤里就很難生存。供試鹽堿土取自試驗場附近重度鹽堿土，土壤質(zhì)地為灰漠土，pH 8.9，總鹽為18.2 g/kg，有機質(zhì)含量12.55 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用盆栽土培方法進行栽培種植，將供試土壤過5 mm篩，混合均勻并裝盆，每盆裝土2 kg，供試盆為塑料盆，高18 cm，內(nèi)徑16 cm。選擇大小一致的鹽角草種子播種于塑料盆中，每盆播50粒種子，表面覆沙1 cm，人工溫室中培養(yǎng)至苗高7 cm時定植8株。繼續(xù)培育待苗長至高15 cm左右時開始處理。氮素以尿素(含氮為46.7%)形式加入，氮素設(shè)6個水平，即N0(不施氮)、N1(施氮0.6 g/kg)、N2(施氮1.2 g/kg)、N3(施氮2.4 g/kg)、N4(施氮4.8 g/kg)，每個處理4個重復，共計20盆，定時定量補充植物每天所需水分。于2016年7月15日在處理30 d后采樣及測定各項指標。

1.2.2 指標測定1.2.2.1 葉綠素含量

葉綠素含量用丙酮提取法測定(張志良和翟偉菁，2003)。

1.2.2.2 熒光參數(shù)

參照Schreiber[14]的方法測定熒光動力學曲線。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0統(tǒng)計軟件進行方差分析和顯著性檢驗，圖形采用Origin 8.5繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮水平對鹽環(huán)境下鹽角草同化枝光合色素的影響

在重度鹽環(huán)境下施氮均對鹽角草同化枝光合色素含量產(chǎn)生顯著影響，與N0相比各施氮處理均顯著的增加了同化枝葉綠素a、類胡蘿卜素、葉綠素b等光合色素含量。重度鹽環(huán)境下各項光合指標值隨施氮量的增加而呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素值在N0～N3處理間是直線升高的，而到N4，各項指標開始下降，而類胡蘿卜素/葉綠素值是隨著施氮量增加而直線增加的。表1

表1 不同施N水平下鹽角草同化枝光合色素變化

Table 1 Various of leaf photosynthetic pigments in assimilating branches ofSaliconia-EuropeaL. on nitrogen levels (mean±SD)

處理葉綠素a含量 (mg/g)葉綠素b含量 (mg/g)類胡蘿卜素量 (mg/g)類胡蘿卜素/葉綠素N00.21±0.016a0.09±0.011a0.04±0.004ab0.12±0.017bcN10.26±0.025ab0.11±0.008abcd0.05±0.005bc0.12±0.006cdN20.29±0.057bc0.12±0.017bcde0.06±0.017def0.14±0.013eN30.30±0.011bc0.12±0.015bcdef0.06±0.005ef0.15±0.015eN40.26±0.021ab0.11±0.005abc0.06±0.005def0.17±0.011f

注：表中同列不同小寫字母表示顯著(P<0.05)

2.2 不同施氮水平對鹽環(huán)境下鹽角草葉片F(xiàn)v/Fm與Fv/Fo的影響

研究表明，充分暗適應(yīng)下，鹽角草葉片初始熒光(F0)隨施氮量的增大而顯著增加，當施氮量達到N2(施氮1.2 g/kg)時，不再增加；最大熒光(Fm)在施氮量N3(施氮2.4 g/kg)內(nèi)呈顯著性增加，超過此施氮量后就不再增加；與對照相比，PSII最大光化學量子效率(Fv/Fm)在施氮的條件下均顯著大于未施氮處理，在施氮量為(0～1.2 g/kg)內(nèi)呈顯著增加，超過這一施氮量后有增加，但差異不顯著。圖1

圖1 不同氮素水平對鹽角草葉片初始熒光(F0)、最大熒光(Fm)和PSII最大光化學效率(Fv/Fm)的影響(平均值±標準偏差)

2.3 不同施氮水平對鹽環(huán)境下鹽角草葉片Y(II)、Y(NPQ)、Y(NO)的光響應(yīng)

在重度鹽度環(huán)境下，施N能顯著增加鹽角草Y(II)，Y(II)隨光強的增加呈現(xiàn)出迅速降低趨勢，當光強大于820 μmol/(m2·s)時，下降程度趨于平緩，在低光強(0～625 μmol/(m2·s))，各施N水平對Y(II)的增加明顯，Y(II)分別表現(xiàn)為N0﹤N2﹤N1﹤N3﹤N4，當光強超過625 μmol/(m2·s)時，施N處理雖然顯著的增加了Y(II)，但各處理之間的差異不顯著，當光強大于820 μmol/(m2·s)時，Y(II)光響應(yīng)趨勢基本相同，表現(xiàn)為N0﹤N2﹤N3﹤N4﹤N1；調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量Y(NPQ)的趨勢與Y(II)呈相反的變化，光強在820 μmol/(m2·s)，Y(NPQ)隨著光強的增加而快速的上升，當光強大于820 μmol/(m2·s)時，Y(NPQ)上升開始減緩，光強在820 μmol/(m2·s)，N0與N1平緩增加，而N2、N3、N4呈現(xiàn)先平緩后迅速增加的趨勢，表現(xiàn)為N0>N1>N2>N3>N4；當光強大于820 μmol/(m2·s)時，趨勢平緩且基本保持不變，表現(xiàn)為N0>N3>N2>N1>N4；光強在625 μmol/(m2·s)時，施氮能顯著增加Y(NO)，同時Y(NO)隨光強的增加而緩慢增加，當光強超過625 μmol/(m2·s)時，施氮對Y(NO)的增加不顯著，并隨光強的增加呈平緩趨勢，整體上，N0與N1呈先增加后平緩的趨勢，而N2、N3、N4基本趨勢不變，維持在0.6～0.8的水平，表現(xiàn)為N4>N0≈N2>N1>N3。圖2

2.4 不同施N水平對鹽環(huán)境下鹽角草ETR、NPQ、qp的光響應(yīng)

電子傳遞速率(ETR)隨著光照強度的增加而增加，各處理之間表現(xiàn)出一定的異質(zhì)性，與空白對照相比，施氮能顯著的提高鹽角草葉片ETR，各處理下ETR隨光強的增加呈現(xiàn)出先迅速升高后趨于平緩的趨勢，其整體增長趨勢大小為：N0﹤N3﹤N1﹤N2﹤N4。qp隨光強的變化規(guī)律與ETR相反，光強在820 μmol/(m2·s)時各處理qp迅速下降，隨著光強的增加，qp穩(wěn)定下降，光強在820 μmol/(m2·s)時，各處理大小為：N0﹤N1﹤N2﹤N3﹤N4，隨著光強增加，qp趨于穩(wěn)定，其大小趨勢為：N0≈N1﹤N2﹤N3≈N4；非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)整體呈上升的趨勢，光強在820 μmol/(m2·s)，N0、N1、N2、N3處理的NPQ隨著光強的增加而快速上升，而N4的NPQ是先不變后迅速上升，當光強增加，NPQ增長速率趨于平緩，整體增長趨勢大小為N0>N1≈N2≈N3>N4。圖3

圖2 不同氮素水平下鹽角草葉片PSII實際光合量子產(chǎn)量(Y(II))、調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NPQ))、非調(diào)節(jié)性能量耗散量子產(chǎn)量(Y(NO))變化(平均值±標準偏差)

Fig.2 Effect of different nitrogen levels on the effective PSII quantum yield (Y(II)), the quantum yield of regulated energy dissipation (Y(NPQ)) and the quantum yield of non-regulated energy dissipation (Y(NO)) inSalicornialeaves (mean ± SD)

圖3 不同氮素水平下鹽角草葉片相對電子傳遞速率(ETR)、光化學淬滅系數(shù)(qp)和非光化學淬滅系數(shù)(NPQ)變化(平均值±標準偏差)

3 討 論

葉片光合色素含量是植物光合作用的重要指標參數(shù)，光合速率與光合產(chǎn)物都受其直接影響，其含量多少代表著植物光合作用的強弱[15]。研究結(jié)果表明，重度鹽環(huán)境下鹽角草氮能顯著的增加葉片各項光合色素的含量，類胡蘿卜素、葉綠素a、葉綠素b也顯著增加。在施氮0～2.4 g/kg光合色素含量隨施氮量增加而增加，當施氮量超過2.4 g/kg時，光合色素含量隨著施氮量的增加開始下降，隨著施氮量的增加，在鹽害及氮的雙重脅迫下，鹽角草葉片細胞失水，植株葉片的光合色素分解降低，導致光合速率下降。

參考葉綠素熒光參數(shù)是研究植物受外界環(huán)境脅迫后光合作用的內(nèi)在指標[16-17]。潛在光化學效率是反映植物對光能的利用效率，在外界環(huán)境脅迫下可以代表植物光合作用受抑制的程度[18-19]。研究結(jié)果表明，鹽角草葉片的Fv/Fm在低N處理(0～2.4 g/kg)處理下差異顯著，植物光能利用率顯著上升，隨著施氮量的增加，光能利用率也在增加。在鹽環(huán)境下施N能夠緩解鹽脅迫對鹽角草葉片光合系統(tǒng)的傷害，同時促進了鹽環(huán)境下生長鹽角草葉片葉綠素合成。PSII反應(yīng)中心吸收的光量子Y(II)、 PSII調(diào)節(jié)性能量耗散Y(NPQ)及非調(diào)節(jié)性能量耗散Y(NO)是植物PSII反應(yīng)中心吸收的光量子的3條主要途徑[20]。研究結(jié)果表明，各施N水平均能增加Y(II)，同時降低了Y(NPQ)，光強在(PAR﹥820 μmol/(m2·s))時這種效果更加顯著，在施氮1.2～4.8 g/kg，在低光強0～820 μmol/(m2·s)下，呈現(xiàn)先平緩后迅速增加的趨勢。研究結(jié)果表明，鹽角草在鹽環(huán)境下增施氮增大了qp，在不施氮處理的情況下，qp隨光強的增加而緩慢下降，施氮處理呈直線下降的趨勢，光強大于820 μmol/(m2·s)時，各處理qp隨光強的增加而緩慢下降，同時NPQ隨光強的增加先快速增大后平緩，光強小于820 μmol/(m2·s)時，施氮減小了鹽角草的NPQ，不施氮處理與施氮處理之間差異顯著，而一定施氮范圍內(nèi)(0.6～2.4 g/kg)各處理間差異不顯著；施氮也增加了ETR并且在一定的施氮范圍內(nèi)(1.2～4.8 g/kg)，ETR隨施氮量的增加而增大。

4 結(jié) 論

4.1 在重度鹽環(huán)境下施氮能顯著增加鹽角草各項光合色素的含量，但當施氮量超過N 2.4 g/kg時，各項光合色素含量開始下降。

4.2 施N 0～1.2 g/kg能夠提高鹽環(huán)境下生長的鹽角草葉潛在光化學效率，當高于1.2 g/kg施N量時，提升效果不顯著。

4.3 施N 0～4.8 g/kg能夠提高鹽環(huán)境下生長的鹽角草葉PSII的活性，在有效光強0～820 μmol/(m2·s)可以增加葉片光合系統(tǒng)的開放程度，提高鹽角草光能利用率，增強葉片光反應(yīng)中心的耐受性。