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盐胁迫对茅苍术叶绿素含量及叶绿素荧光参数的影响

范文

孙云飞张文明巢建国谷巍陆奇杰

摘要：以茅苍术为材料，采用盆栽试验方法，研究不同盐浓度（0.0%、0.2%、0.4%、0.8%、1.6%）胁迫后茅苍术叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的变化规律。结果表明，低浓度盐胁迫（NaCl浓度≤0.2%）对茅苍术叶绿素含量和叶绿素荧光参数影响不明显，但随着盐浓度增加，茅苍术叶绿素含量、光下最大荧光（Fm′）、PSⅡ有效光化学量子产量（Fv′/Fm′）、PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学活性（Fv/Fo）、光化学猝灭系数（qP）和表观电子传递速率（ETR）逐渐下降，初始荧光（Fo）和非光化学猝灭系数（NPQ）逐渐升高;尤其在0.8%和1.6%处理组茅苍术叶绿素含量、叶绿素荧光参数均有显著变化。综上可知，在低浓度盐胁迫（NaCl浓度≤0.2%）土壤中茅苍术的生长发育基本正常，但在高浓度盐胁迫（NaCl浓度>0.4%）土壤中其生长发育受到明显抑制。

关键词：茅苍术;盐胁迫;叶绿素荧光;叶绿素含量

中图分类号： S567.21+1.01文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2020）04-0146-04

收稿日期：2018-08-06

基金项目：国家自然科学基金（编号：81573520）;2017年中医药公共卫生服务补助专项“全国中药资源普查项目”[编号：财社（2017）66号];江苏省基础研究计划（自然科学基金）面上项目（编号：BK20171312）。

作者简介：孙云飞（1982—），男，江苏南京人，硕士，副主任中药师，主要从事生药学研究。E-mail：630344554@qq.com。

通信作者，巢建国，硕士，教授，主要从事中药资源与开发研究。E-mail：jgchao1016@163com。

茅苍术为菊科植物茅苍术[Atractylodes lancea（Thunb.） DC.]的干燥根茎，具有燥湿健脾、祛风散寒、明目之功效[1]。茅苍术道地产区为江苏茅山，近些年来，由于经济的快速发展、使用土地不当等因素，造成此地区盐渍化土壤面积日益扩大，这严重制约了植物正常的生长发育。盐胁迫对植物的伤害是多方面的，例如植物生物量的减少、细胞膜的氧化损伤、光合作用的下降等[2]。有学者研究发现，盐胁迫下黄连幼苗的光合生理受到明显抑制，其中Fo和NPQ值持续上升，Fv/Fm、Fv′/Fm′、qP等值持续下降[3]。秦红艳等对山葡萄进行不同浓度的盐胁迫，结果表明，盐浓度超过0.3%处理组山葡萄叶Fo值显著升高，Fv/Fm、Fv/Fo、qP和ETR等值显著下降，且浓度越大下降速率越快[4]。目前，盐胁迫下茅苍术叶片叶绿素荧光特性的变化研究尚未见报道。因此，本试验以茅苍术为试验材料，研究不同浓度盐水溶液对茅苍术叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的影响，以期阐明盐胁迫对茅苍术的伤害机制，为其耐盐能力评价及实际生产栽培提供理论依据。

1?材料与方法

1.1?试验材料

供试材料为江苏省镇江茅山地区的茅苍术，种植于南京中医药大学药用植物园内。经南京中医药大学中药资源与鉴定系巢建国教授鉴定为菊科植物茅苍术[Atractylodes lancea（Thunb.） DC.]。

1.2?试验设计

采用盆栽试验方法，土样取自南京中医药大学药苑。选取长势基本一致的茅苍术植株种植于塑料花盆内，盆直径23.5 cm，高17.0 cm，带托盘。每个花盆装土5 kg，种植5株茅苍术，适量浇水，防止盐胁迫后土壤盐分的淋溶。试验采用随机区组方法，参照土壤盐渍化分级标准确定NaCl浓度。以不添加NaCl的蒸馏水为对照组，分别加入质量为0、0.01、0.02、0.04、0.08 kg的NaCl配制成不同盐浓度（%，干土质量）的5个处理组分别为CK（0，对照）、A（0.2%）、B（0.4%）、C（0.8%）、D（1.6%），每盆浇灌不同盐浓度溶液500 mL，将托盘中渗出的水分重新倒入花盆中以防NaCl的缺失，每个处理进行3次重复。之后正常管理，以蒸馏水补充每天损失的水分。于2016年5月初在南京中医药大学药用植物园中开始试验，分别在处理0、3、6、9、12、15 d后，随机在每盆每株上随机选取2～3张生长旺盛的功能叶，做标记后进行茅苍术叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数的测定，每次测定重复3次。

1.3?测定指标与方法

采用CCM-200 PLUS叶绿素测定仪（美国OP-TI-sciences公司）进行茅苍术叶绿素含量的测定。使用LI-6400型便携式荧光-光合作用系统（美国基因公司）测定茅苍术叶片的光下最大荧光（Fm′）、PSⅡ有效光化学量子产量（Fv′/Fm′）、初始荧光（Fo）、PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）、PSⅡ潜在光化学活性（Fv/Fo）、光化学猝灭系数（qP）、非光化学猝灭系数（NPQ）、表观电子传递速率（ETR），以开放式气路系统测量[5]。

1.4?统计分析

数据处理及图表绘制采用Microsoft Excel 2013完成，数据之间的多重比较采用SPSS 22.0。

2?结果与分析

2.1?盐胁迫对茅苍术叶绿素含量的影响

叶绿素含量可以直接反映植物的光合能力强弱[6]。由图1可知，盐胁迫后CK组茅苍术叶片叶绿素含量呈持续升高趋势，A处理组呈先上升后下降趋势，B～D处理组则是持续下降。盐胁迫后的第6天，和CK组相比，A处理组茅苍术叶片叶绿素含量升高了4.20%，B～D處理组叶绿素含量分别降低了17.25%、15.39%、27.16%;盐胁迫后15 d时，和CK组相比，A～D处理组叶绿素含量分别降低了4.50%、24.49%、27.55%、37.08%。

2.2?盐胁迫对茅苍术叶片荧光参数Fm′、Fv′/Fm′的影响

Fm′为光下最大荧光，可反映出植物叶片吸收和传递光能的能力[7]。由图2-A可见，A处理组茅苍术叶片Fm′值先上升后下降，而B～D处理组Fm′值均呈持续下降趋势。在胁迫后15 d时测定发现，A～D处理组茅苍术叶片Fm′值分别比CK组降低了36.05%、55.79%、65.27%、75.07%，均和CK组达到了显著性差异。

Fv′/Fm′为PSⅡ有效光化学量子产量，可反映开放的PSⅡ反应中心原初光能捕获效率[8]。由图2-B可见，A处理组茅苍术叶片Fv′/Fm′值在盐胁迫后3 d时比CK组略高，此后开始下降。B～D处理组茅苍术叶片Fv′/Fm′值随胁迫时间的延长均呈持续下降趋势，且盐浓度越大，下降速率越快。在胁迫后15 d时测定发现，A～D处理组茅苍术叶片Fv′/Fm′值分别比CK组降低了17.42%、39.35%、59.23%、77.55%。

2.3?盐胁迫对茅苍术叶片荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo的影响

Fv/Fm为PSⅡ最大光化学量子产量，反映植物叶片PSⅡ反应中心原初光能转换效率[9]。由图3-A可知，盐胁迫下不同处理组茅苍术叶片Fv/Fm值变化趋势各不相同，CK和A处理组的Fv/Fm值在整个胁迫期间变化幅度不大，胁迫后15 d时分别是胁迫前（0 d）的1.00、0.94倍，而B～D处理组的Fv/Fm值呈持续下降趋势，分别是胁迫前（0 d）的0.85、0.78、0.75倍。

Fv/Fo为PSⅡ潜在光化学活性，其变化趋势和Fv/Fm较为相似，但变化幅度要大于Fv/Fm。由图3-B可知，CK组茅苍术叶片Fv/Fo值总体呈持续上升趋势，而B～D处理组Fv/Fo值呈持续下降趋势，胁迫后15 d时其Fv/Fo值分别是胁迫前（0 d）的0.64、0.50、0.33、0.19倍。

2.4?盐胁迫对茅苍术叶片荧光参数Fo、ETR的影响

Fo为初始荧光，反映出植物叶片色素吸收的能量中以热和荧光形式散失部分[10]。由图4-A可知，除CK组外，其余各处理组茅苍术叶片Fo值在整个测定期均有不同程度的上升，且随着盐浓度的增大，上升趋势越明显。在胁迫后15 d时A～D处理组Fo值分别比CK组增加了12.36%、29.88%、47.78%、60.86%。

ETR为表观电子传递速率，可反映出光化学反应中用于碳固定的电子传递情况[11]。由图4-B可知，在整个测定期内，CK组茅苍术叶片ETR值呈逐渐上升趋势，A～D处理组ETR值呈持续下降趋势，且在胁迫后6 d时下降速率显著加快。在胁迫后15 d 时A～D处理组ETR值分别比CK组降低了15.31%、24.47%、40.99%、60.26%。

2.5盐胁迫对茅苍术叶片荧光参数qP、NPQ的影响

qP为光化学猝灭系数，反映了PSⅡ原初电子受体质体醌A（QA）的还原状态，其值越大，说明PSⅡ的电子传递活性越高[12]。由图5-A显示的结果可知，各处理组茅苍术叶片qP值变化趋势存在一定差异。A处理组qP值先上升后下降，B～D处理组整体呈持续下降趋势。在胁迫后的0～15 d内，A～D处理组qP值分别比胁迫前（0 d）降低了3.87%、12.10%、18.41%、24.13%。

NPQ为非光化学淬灭系数，即热能途径中耗散的光能，其值升高对光合机构有一定的保护作用[13]。由图5-B可知，在胁迫后的0～15 d内，CK组茅苍术叶片NPQ值变化不大，A～D处理组NPQ值有不同程度的增加，分别比胁迫前（0 d）增加了10.54%、22.36%、31.15%、40.29%。

3?讨论与结论

叶绿素含量多少可以直接反映植物光合能力强弱，是衡量植物抗逆能力的重要指标之一[14-15]。研究发现，盐胁迫后植物叶片叶绿素含量降低可能是由于其叶绿体色素合成酶活性降低、叶绿素分解加速、叶绿体功能紊乱或结构受损等原因造成的[16]。本研究结果表明，盐浓度为0.2%处理组茅苍术叶绿素含量呈先上升后下降趋势?而盐浓度高于0.2%处理组叶绿素含量均随时间的延长持续降低，且盐浓度越高下降幅度越大，这说明高盐胁迫下，茅苍术叶片叶绿素含量会显著下降，叶绿体结构明显受损。

植物叶绿素吸收的光能主要用于光合电子传递、叶绿素荧光和热耗散这3种途径，这三者间有着此消彼长的关系[17]。叶绿素含量的降低必然会影响光能的吸收、传递和转化，而叶绿素荧光参数的变化可以更好地反映出逆境下植物内在光能利用和热耗散情况。本研究中，CK组的Fm′、Fv′/Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、Fo、ETR、qP、NPQ值在盐胁迫后一段时间内变化不大。A处理组的荧光参数大多呈先上升后下降趋势，B～D处理组Fm′、Fv′/Fm′、Fv/Fm、Fv/Fo、ETR、qP值均呈持续下降趋势，Fo和NPQ呈与之相反的变化趋势，各荧光参数变化幅度均随盐浓度的增加而加大。此结果表明，盐浓度超过0.2% 处理组会使茅苍术叶片吸收和传递光能的能力减弱、PSⅡ反应中心活性降低、光化学反应效率和电子传递速率降低，从而导致茅苍术类囊体上ATP合成受阻，暗反应阶段CO2固定量降低，光合作用进程受阻。而Fo的持续升高，说明茅苍术叶片PSⅡ反应中心遭到破坏或可逆性失活，NPQ的增加说明在盐胁迫下茅苍术会以增加吸收光能中热耗散比例方式来减轻盐胁迫对其光合机构的伤害。当盐浓度超过0.4%时，随着时间的延长，茅苍术叶片叶绿素荧光各項指标与胁迫前差异均较为显著，这说明茅苍术叶片PSⅡ反应中心遭到严重破坏，光合作用受到显著抑制。

综述所述，低浓度盐胁迫（NaCl浓度≤0.2%）下茅苍术的生长发育基本正常，其叶片叶绿素含量和叶绿素荧光参数与对照相比无显著性差异，高浓度盐胁迫（NaCl浓度>0.4%）下其叶绿素含量和叶绿素荧光参数均发生显著变化，生长受到抑制，亦说明茅苍术具有一定的耐盐能力。

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