李遠(yuǎn)航，賀康寧，張 潭，張震中，尹寶絲，林 莎，王 莉

(北京林業(yè)大學(xué)水土保持學(xué)院，100083，北京)

柴達(dá)木盆地是我國土地鹽堿化最嚴(yán)重的地區(qū)之一，尤其以次生鹽漬化為主[1]。這不僅惡化土壤理化性質(zhì)，影響植物生長(zhǎng)發(fā)育，造成農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)林減產(chǎn)甚至絕收，而且損壞道路、水庫等基礎(chǔ)設(shè)施，阻礙生態(tài)環(huán)境的建設(shè)[2-4]；因此，次生鹽漬化治理迫在眉睫。黑果枸杞為茄科枸杞屬灌木，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，藥用價(jià)值高，適應(yīng)性較強(qiáng)，是柴達(dá)木地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)樹種[5-7]。近些年來學(xué)者們主要對(duì)黑果枸杞的營(yíng)養(yǎng)成分、微量元素、多糖和色素等方面進(jìn)行了分析研究[8-9]，對(duì)于其生態(tài)效益，特別是抗逆性方面的研究較少。目前，在黑果枸杞的研究區(qū)域上，主要集中在寧夏等地，對(duì)柴達(dá)木地區(qū)的研究少之又少，特別是次生鹽漬化嚴(yán)重的地區(qū)；因此，從植物生理學(xué)上研究黑果枸杞的抗逆性，探討其耐鹽機(jī)理是當(dāng)務(wù)之急，對(duì)于提高柴達(dá)木盆地的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益至關(guān)重要[10-12]，并為未來實(shí)現(xiàn)黑果枸杞的最大生態(tài)經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值的研究目標(biāo)指明方向[13]。在此基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)對(duì)黑果枸杞進(jìn)行不同程度的鹽分脅迫，研究鹽脅迫下黑果枸杞幼苗生長(zhǎng)生理指標(biāo)的變化，揭示鹽逆境條件下其生理變化的規(guī)律，為柴達(dá)木地區(qū)黑果枸杞的推廣栽培提供理論依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2017年7月在青海省海西州都蘭縣境內(nèi)的諾木洪農(nóng)場(chǎng)育苗大棚中進(jìn)行。試驗(yàn)材料為長(zhǎng)勢(shì)良好且生長(zhǎng)均勻的1年生黑果枸杞幼苗，將幼苗栽植在上口徑為36 cm，高為30 cm的塑料盆中，共計(jì)15盆。每個(gè)盆側(cè)面的底部經(jīng)過人工鉆孔，并墊有紗網(wǎng)防止土壤外漏，每盆放入過2 mm篩、質(zhì)量為10±0.05 kg(干土質(zhì)量，田間持水量為22.93%)的經(jīng)過淋洗和風(fēng)干的當(dāng)?shù)赝寥?pH質(zhì)7.24，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)41.8 g/kg)，在土壤中加入Hoagland營(yíng)養(yǎng)液來維持植株的正常生長(zhǎng)。

1.2 試驗(yàn)方法

將15盆植株分為5組，1組為對(duì)照組(CK)，其余4組按鹽處理濃度50、100、200和400 mmol/L分別編號(hào)為T1、T2、T3和T4，作為鹽脅迫試驗(yàn)，使用NaCl作為鹽脅迫處理材料。在試驗(yàn)過程中為了防止因一次性加入過多鹽分導(dǎo)致植株死亡，每天添加50 mmol/L鹽溶液，直到達(dá)到預(yù)設(shè)濃度為止[14]。為保證鹽分在土壤中均勻分布，先將鹽溶于水，再用針管將鹽溶液均勻打入土壤。根據(jù)前期的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定適宜植株生長(zhǎng)的土壤含水量為17.2%(田間持水量的75%)，每天試驗(yàn)完成后，用天平稱質(zhì)量，通過恒重法計(jì)算水分虧缺量，及時(shí)補(bǔ)水[15]。鹽脅迫處理10 d后取樣進(jìn)行相關(guān)生長(zhǎng)和生理指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)指標(biāo)做3個(gè)重復(fù)。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1) 生長(zhǎng)指標(biāo)。在脅迫開始前用米尺(精度0.01 m)測(cè)定枸杞幼苗頂端到地面的高度，讀數(shù)3次，取平均值，全部指標(biāo)測(cè)定完成后再用此方法測(cè)量株高，兩者差值為株高增量[16]。

2) 光合生理指標(biāo)。在脅迫處理完成10 d后，每盆選用3個(gè)葉片，做好標(biāo)記，用Licor-6400便攜式光合儀測(cè)定凈光合速率(Pn)、胞間二氧化碳(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和蒸騰速率(Tr)。測(cè)定時(shí)間為08：00、10：00、12：00、14：00、16：00 和18：00。

使用英國Hanshatech公司的handy PEA便攜式葉綠素?zé)晒鈨x測(cè)定初始熒光(Fo)和最大熒光產(chǎn)量(Fm)。測(cè)定前先用葉夾進(jìn)行遮光處理使葉片暗適應(yīng)20 min后打開測(cè)量光，測(cè)量Fo，再打開飽和脈沖光測(cè)Fm，可變熒光產(chǎn)量Fv=Fm-Fo，依此獲得最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)。

指標(biāo)測(cè)定完畢后，摘取標(biāo)記葉片，采用丙酮提取法，通過分光光度計(jì)測(cè)定吸光值[17]，從而計(jì)算得到葉綠素a(Chl a)、葉綠素b(Chl b)、類胡蘿卜素(Car)含量和葉綠素總含量(Chl)。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用Origin2015進(jìn)行繪圖，SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，Duncan檢驗(yàn)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)黑枸杞幼苗株高的影響

如圖1所示，黑枸杞幼苗植株隨著鹽濃度的增加，株高增長(zhǎng)量呈先增高再逐漸降低的趨勢(shì)。在50 mmol/L的鹽濃度處理下，株高增長(zhǎng)量比CK高出1.93%，表現(xiàn)為一定的促進(jìn)作用，變化不顯著；在100～400 mmol/L的鹽濃度下，株高增量較CK分別下降16.87%、24.19%、65.96%，表明高鹽脅迫程度對(duì)黑果枸杞幼苗的株高增量有顯著抑制作用(P<0.05)。

不同字母表示處理濃度間在0.05水平上存在顯著差異，下同。 Different normal letters represent significant difference among different salt concentration at 0.05 level, the same as below.圖1 鹽脅迫下的黑枸杞株高變化Fig.1 Changes in the height increment of Lycium ruthenicum under salt stress

2.2 鹽脅迫對(duì)黑枸杞幼苗光合特性的影響

2.2.1 光合色素質(zhì)量分?jǐn)?shù) 從表1可知，隨鹽濃度的增高，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素含量均呈先增加后降低的趨勢(shì)。當(dāng)鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，3種色素含量均較對(duì)照組有所增加，結(jié)果不顯著。當(dāng)鹽濃度為100、200和400 mmol/L時(shí)，3種色素含量較對(duì)照組顯著下降，表明此鹽濃度范圍對(duì)葉綠素含量有顯著的抑制作用。分析不同濃度下各指標(biāo)含量與CK對(duì)比的變化率，可以發(fā)現(xiàn)，受鹽脅迫影響，葉綠素b與類胡蘿卜素含量的下降幅度均大于葉綠素a；在T4實(shí)驗(yàn)組中，植株受鹽脅迫程度最大，3種色素均顯著低于其他試驗(yàn)組(P<0.05)。

表1 鹽脅迫下黑枸杞幼苗光合色素含量變化

注：負(fù)號(hào)代表下降，正號(hào)代表升高。Notes: The - sign represents the rate of decline，and the + sign represents the rate of increase.

2.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 本試驗(yàn)通過測(cè)量Fo、Fm、和Fv/Fm來探究黑果枸杞的耐鹽機(jī)理。如圖2A所示：隨鹽濃度增加，F(xiàn)o逐漸增高，0～200 mmol/L時(shí)各處理間變化不顯著，400 mmol/L時(shí)，F(xiàn)o顯著升高；Fm隨鹽脅迫程度增大而降低，400 mmol/L時(shí)Fm顯著降低，其他處理變化不顯著。圖2B顯示：Fv/Fm呈現(xiàn)隨鹽濃度增高而降低的趨勢(shì)，50 mmol/L時(shí)，F(xiàn)v/Fm增大，結(jié)果不顯著；100～400 mmol/L時(shí)Fv/Fm均降低，只有400 mmol/L時(shí)達(dá)到顯著差異水平，其他處理不顯著(P>0.05)。

圖2 鹽脅迫下的黑枸杞幼苗的葉綠素?zé)晒猱a(chǎn)量變化Fig.2 Variations in chlorophyll fluorescence yield of Lycium ruthenicum seedling under salt stress

2.2.3 光合生理參數(shù)

1) 凈光合速率Pn的日過程。圖3A顯示了黑果枸杞植株凈光合速率的日變化，Pn呈隨鹽濃度增高先增后降的趨勢(shì)。低鹽濃度(50 mmol/L)的Pn較CK增高，經(jīng)檢驗(yàn)后結(jié)果不顯著。高鹽濃度(100～400 mmol/L)下，Pn受到不同程度的抑制作用，此時(shí)差異顯著(P<0.05)。在不同時(shí)間段，受氣象因子(水汽壓差、溫度、光照和濕度等)影響，Pn也不同，從08：00開始，各組的Pn開始上升，12：00時(shí)CK、T1和T2組的Pn達(dá)到最高，隨著光強(qiáng)和溫度的繼續(xù)增強(qiáng)，植株發(fā)生光合午休現(xiàn)象，Pn逐漸下降，直到14：00時(shí)開始出現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)，第2個(gè)峰值出現(xiàn)在16：00，之后開始下降。從圖中可以看出，在不同程度的鹽脅迫下Pn基本都表現(xiàn)為雙峰曲線。T3和T4組植株受鹽脅迫影響較大，光合組織遭受一定損傷，導(dǎo)致植株提前達(dá)到光合午休，在10：00時(shí)達(dá)到峰值。在其他時(shí)間段內(nèi)，各組的大體趨勢(shì)較為相似，均是第1個(gè)峰值大于第2個(gè)峰值。

最大凈光合速率表示植株的光合能力大小。隨鹽脅迫程度增加，最大光合速率呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)。其值分別為25.71、26.59、15.24、7.04、3.48 μmol/(m2·s)，T4條件下最大凈光合速率較CK降低了86.92%，在50 mmol/L濃度下影響不顯著，其他濃度下均起到顯著的抑制效果。

2) 蒸騰速率Tr的日過程。觀察圖3B：Tr的日過程趨勢(shì)類似于Pn，同為雙峰曲線。CK、T1和T2組在12：00達(dá)到第1次峰值，在16：00出現(xiàn)第2個(gè)峰值。T3和T4受到鹽脅迫傷害較大，10：00時(shí)第1次到達(dá)峰值，之后Tr值逐漸下降，在16：00達(dá)到第2次峰值。在鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，植株蒸騰速率有升高趨勢(shì)，但結(jié)果不顯著；當(dāng)鹽濃度超過50 mmol/L時(shí)，蒸騰速率顯著下降。

3) 氣孔導(dǎo)度Gs的日過程。氣孔是葉片與外界進(jìn)行氣體交換的主要通道，在逆境條件下，氣孔的調(diào)節(jié)可以最大限度降低水分蒸騰損失。通過分析圖3C，可以發(fā)現(xiàn)：Gs的趨勢(shì)大致相似于Pn和Tr，CK、T1和T2分別在12：00和16：00達(dá)到峰值；T3和T4受氣象因子影響，在12：00時(shí)發(fā)生光合午休現(xiàn)象，多數(shù)氣孔關(guān)閉，減少組織水的損失，分別在10：00與16：00達(dá)到峰值。

4) 胞間CO2濃度Ci的日過程。在光合生理研究領(lǐng)域中，Ci是判定影響光合作用的因素為氣孔限制還是非氣孔限制的重要參數(shù)，因此測(cè)定與分析Ci的變化成為研究光合作用的重要部分。如圖3D，0～200 mmol/L時(shí)，Ci逐漸降低，在200 mmol/L時(shí)Ci開始增高。T4組的Ci最大值在18：00出現(xiàn)，其他均出現(xiàn)在08：00。

圖3 鹽脅迫下的黑枸杞幼苗的光合參數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 Variations in photosynthetic parameters of Lycium ruthenicum seedling under salt stress

3 討論

1)鹽脅迫下的植株生長(zhǎng)狀況可以直觀反映其耐鹽性的強(qiáng)弱，本研究中，低鹽脅迫(0～50 mmol/L)下對(duì)植株的株高增量有促進(jìn)作用，其影響不顯著，李永潔等[18]、王龍強(qiáng)等[19]對(duì)黑果枸杞耐鹽性研究中均證明了此觀點(diǎn)?？赡苁堑蜐舛塞}溶液在一定程度上加快了植物生長(zhǎng)階段的葉面積指數(shù)，從而增強(qiáng)了光能截獲能力，利于植株的生長(zhǎng)；隨著脅迫程度加大，各生長(zhǎng)指標(biāo)逐漸減低，這與慕德宇[20]對(duì)白榆的耐鹽機(jī)理研究的結(jié)論相一致，由于鹽脅迫的增高，植株?duì)I養(yǎng)組織器官不能正常維持原有活動(dòng)，還需要消耗更多的能量、有機(jī)物質(zhì)和水分，光合速率變慢，加速植株衰老和代謝，抑制植株生長(zhǎng)[21]。

2)光合色素含量的變化可以衡量植物的光合能力，同樣會(huì)影響植株的光合作用。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽濃度超過100 mmol/L時(shí)，葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素均顯著低于對(duì)照組。低鹽濃度(0～50 mmol/L)時(shí)，葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素的含量均高于對(duì)照組。武小靖等[22]認(rèn)為3種色素含量增高的原因可能是Na+的吸收一定程度增高了葉綠素酶的活性，從而促進(jìn)葉綠素的形成；隨著鹽濃度的增加，葉綠素的降解加劇，光能吸收效率下降，穆永光[23]對(duì)紫穂槐的研究中提出鹽脅迫增大會(huì)造成葉綠體中的基粒片層和類囊體結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的損傷，最終導(dǎo)致葉綠素成分損失。分析葉綠素含量的變化率可以發(fā)現(xiàn)，各處理組的葉綠素b和類胡蘿卜素含量下降幅度均大于葉綠素a，可能是由于葉綠素酶對(duì)葉綠素b和類胡蘿卜素的降解能力較強(qiáng)，對(duì)葉綠素a的影響較小[24]。

3)朱峰等[25]研究表明健康植株的Fv/Fm基本保持在0.8～0.83之間，當(dāng)Fv/Fm低于0.8時(shí)，說明鹽分抑制了光合作用的電子傳遞和CO2同化，導(dǎo)致光合速率降低。本試驗(yàn)的結(jié)論表明：在不同程度的鹽脅迫下，黑果枸杞的Fv/Fm出現(xiàn)波動(dòng)，當(dāng)脅迫程度增大時(shí)，F(xiàn)v/Fm會(huì)顯著下降，于文穎等[26]對(duì)玉米鹽脅迫下葉綠素?zé)晒馓匦宰兓芯繒r(shí)，同樣發(fā)現(xiàn)這一規(guī)律，可能由于鹽脅迫降低了電子轉(zhuǎn)換率，使?jié)撛诨钚允軗p，抑制了植株光合作用的原初反應(yīng)，導(dǎo)致植株光化學(xué)效率降低。

4)鹽脅迫同樣會(huì)影響黑果枸杞幼苗的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度和氣孔導(dǎo)度。本研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽濃度為0～100 mmol/L時(shí)，氣孔限制是Ci值降低的主要因素；當(dāng)鹽濃度增高時(shí)，氣孔調(diào)節(jié)能力下降，導(dǎo)致CO2在細(xì)胞間積累，Ci值顯示出增大的現(xiàn)象，此時(shí)非氣孔限制成為主要因素?？赡苡捎邴}脅迫會(huì)導(dǎo)致葉片中Na+和Cl-含量升高，從而降低葉片中K+含量，引起葉片失水，在植株響應(yīng)機(jī)制的調(diào)節(jié)下，氣孔關(guān)閉，降低Tr從而避免過多水分散失，導(dǎo)致Pn的下降；吳順等[27]認(rèn)為當(dāng)鹽濃度較高時(shí)，鹽分刺激植株根系產(chǎn)生ABA等抑制物，從而降低了Gs；鄭國琦等[28]提出隨鹽脅迫程度的增高，非氣孔限制會(huì)代替氣孔限制成為植株光合速率的主要因素，植株通過呼吸作用產(chǎn)生的CO2在細(xì)胞間積累而導(dǎo)致Ci的升高，本試驗(yàn)所得出的結(jié)論也與之一致。

4 結(jié)論

當(dāng)鹽濃度為50 mmol/L時(shí)，黑果枸杞幼苗植株的生長(zhǎng)量、Pn、Tr、Gs和葉綠素含量均不同程度地增高，其變化不明顯；高鹽濃度(100～400 mmol/L)時(shí)，結(jié)果相反，表現(xiàn)出明顯的抑制作用；400 mmol/L的鹽濃度下，植株的Fv/Fm、Fm顯著降低，F(xiàn)o顯著增高，其他處理組結(jié)果無明顯變化；當(dāng)鹽濃度為0～100 mmol/L時(shí)，Ci逐漸降低，光合作用主要受氣孔限制影響；當(dāng)鹽濃度為200 mmol/L時(shí)，Ci開始增加，此時(shí)非氣孔限制為影響光合作用的主要作用。綜上，黑果枸杞植株在低鹽脅迫下(0～50 mmol/L)生長(zhǎng)和生理指標(biāo)變化不明顯，主要受氣孔限制的影響，具有一定的耐鹽性；高鹽脅迫(100～400 mmol/L)會(huì)導(dǎo)致植株的葉綠素含量下降、光化學(xué)效率降低，非氣孔限制成為影響光合作用的主要因素。