安飛飛， 簡(jiǎn)純平， 楊 龍， 陳松筆， 李開(kāi)綿

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所/農(nóng)業(yè)部木薯種質(zhì)資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 儋州 571737;2.海南大學(xué)農(nóng)學(xué)院，海南 ?？?570228)

木薯(Manihot esculenta Crantz)是大戟科(Eu- phorbiaceae)木薯屬(Manihot Miller)唯一的栽培種，是世界第六大農(nóng)作物，僅次于小麥、水稻、玉米、馬鈴薯和大麥，為熱帶地區(qū)8×108多人提供基本主食［1］。目前，世界木薯產(chǎn)區(qū)主要集中在亞洲、非洲和拉丁美洲相對(duì)貧瘠的地方，在鹽漬土地上種植不多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球約10%的可耕地面積存在不同程度的鹽漬化［2］。中國(guó)鹽漬地占可利用土地面積的5%，主要分布在干旱半干旱地區(qū)和沿海地區(qū)［3-4］。干旱和半干旱地區(qū)土壤的鹽漬化已成為限制農(nóng)作物產(chǎn)量的重要因素［5］。

鹽脅迫是影響植物生長(zhǎng)導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)的非生物因素之一，它對(duì)植物有滲透脅迫、離子失衡和離子毒害等方面的影響［6］，從而使植物光合速率下降、生長(zhǎng)抑制、衰老加速［7］。在眾多被鹽脅迫抑制的細(xì)胞機(jī)能中，光合作用被認(rèn)為是對(duì)鹽脅迫最為敏感的生理過(guò)程，該方面研究已有不少報(bào)道［8-14］。葉綠體是植物光合作用的場(chǎng)所，也是對(duì)鹽脅迫最敏感的細(xì)胞器［14］。葉綠素同光合作用關(guān)系密切，其含量在一定程度上能反映植物同化物質(zhì)的能力［15］，影響植物對(duì)光能的吸收、傳遞以及在PSⅠ、PSⅡ之間的分配和轉(zhuǎn)換，從而影響光合作用［16］。

目前，針對(duì)木薯耐鹽方面的研究尚不多，鹽脅迫下植物葉綠素含量及光合作用變化的機(jī)理仍不清楚。本試驗(yàn)采用水培法，選用4個(gè)不同的華南系列木薯品種為材料，研究重度NaCl脅迫對(duì)幼苗葉綠素含量及光合性能的影響，探討鹽脅迫下其變化規(guī)律，為進(jìn)一步探明鹽脅迫傷害的生理機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料華南8號(hào)(SC8)、華南9號(hào)(SC9)、華南124(SC124)、華南205(SC205)均來(lái)自中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所國(guó)家木薯種質(zhì)資源圃。挑選粗細(xì)一致，長(zhǎng)約15 cm的種莖放入循環(huán)裝置中進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)40 d后，用10 g/L的NaCl溶液處理5 d，以未加NaCl處理的苗作為對(duì)照。

1.2 試驗(yàn)方法

采用葉綠素含量測(cè)定儀SPAD-502測(cè)定葉片的相對(duì)葉綠素含量(SPAD值)，每張葉片選6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，分別位于葉片中脈兩側(cè)［17］。

選距離生長(zhǎng)點(diǎn)第3～4片完全展開(kāi)葉，應(yīng)用LCpro-SD全自動(dòng)便攜式光合儀于晴天10∶00測(cè)定葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率［18］。葉室面積6.25 mm2，每個(gè)處理選3株，每株讀數(shù)3次。

利用Excel 2003和DPS v7.05統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下木薯幼苗葉綠素相對(duì)含量的變化

葉綠素相對(duì)含量也稱葉色值(SPAD值)，其值的大小可定量描述葉片的綠色度［19］。SPAD值與葉綠素含量有顯著的相關(guān)性［20］。鹽脅迫5 d內(nèi)，4個(gè)木薯品種葉片相對(duì)葉綠素含量隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)均呈下降規(guī)律。華南9號(hào)、華南124及華南205在鹽脅迫3 d內(nèi)，葉片SPAD值無(wú)顯著變化，鹽脅迫5 d后SPAD值顯著低于對(duì)照，分別比對(duì)照低19.57%、10.41%和24.45%。華南8號(hào)葉片SPAD值在鹽脅迫1 d后顯著下降，鹽脅迫5 d后達(dá)到最低值，比對(duì)照低35.39%(表1)。

表1 鹽脅迫對(duì)木薯葉片相對(duì)葉綠素含量的影響Table 1 Effect of salt stress on relative chlorophyll contents of cassava leaves

2.2 鹽脅迫下木薯幼苗葉片凈光合速率的變化

由表2可知，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)木薯品種葉片的凈光合速率均呈持續(xù)下降的規(guī)律，且都與對(duì)照達(dá)到了顯著差異水平。鹽脅迫5 d后，4個(gè)木薯品種葉片的凈光合速率均達(dá)到最低值，分別比對(duì)照下降 81.82%、74.91%、62.79%和80.23%。4個(gè)木薯品種中，以華南124葉片的凈光合速率下降幅度最小，華南8號(hào)下降幅度最大。表明鹽脅迫對(duì)4個(gè)木薯葉片凈光合速率的影響比較明顯。

表2 鹽脅迫對(duì)木薯葉片凈光合速率的影響Table 2 Effect of salt stress on net photosynthetic rates of cassava leaves

2.3 鹽脅迫下木薯幼苗葉片氣孔導(dǎo)度(Gs)的變化

鹽脅迫對(duì)4種木薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響見(jiàn)表3。由表3可知，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)品種葉片的氣孔導(dǎo)度總體上呈下降趨勢(shì)，且與對(duì)照達(dá)到了顯著差異水平。鹽脅迫5 d后，4個(gè)木薯品種葉片的氣孔導(dǎo)度均達(dá)到最低值，分別比對(duì)照下降94.68%、87.89%、80.49%和91.35%。華南124和華南205在鹽脅迫3 d后氣孔導(dǎo)度顯著下降，5 d后持續(xù)下降且達(dá)到最低值。華南8號(hào)與華南9號(hào)在鹽脅迫1 d后即顯著下降，5 d后達(dá)到最低。

表3 鹽脅迫對(duì)木薯葉片氣孔導(dǎo)度的影響Table 3 Effect of salt stress on stomatal conductances of cassava leaves

2.4 鹽脅迫下木薯幼苗葉片胞間CO2濃度的變化

由表4可知，鹽脅迫對(duì)4個(gè)木薯品種葉片胞間CO2濃度的影響。隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，總體上呈先下降后上升的趨勢(shì)。鹽脅迫5 d后，4個(gè)木薯品種葉片的胞間CO2濃度均達(dá)到最大值，分別比對(duì)照高56.01%、45.29%、51.48%和28.90%。華南205在鹽脅迫3 d后胞間CO2濃度顯著下降，5 d后顯著高于對(duì)照。華南8號(hào)、華南9號(hào)及華南124在鹽脅迫1 d后即顯著下降，5 d后顯著高于對(duì)照。

表4 鹽脅迫對(duì)木薯葉片胞間CO2濃度的影響Table 4 Effect of salt stress on intercellular CO2concentrations of cassava leaves

2.5 鹽脅迫下木薯幼苗葉片蒸騰速率的變化

鹽脅迫對(duì)4種木薯葉片蒸騰速率的影響見(jiàn)表5。由表5可知，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，4個(gè)木薯品種葉片的蒸騰速率總體上持續(xù)下降，且與對(duì)照達(dá)到顯著水平。鹽脅迫5 d后，4個(gè)品種葉片的蒸騰速率均達(dá)到最低值，分別比對(duì)照下降91.96%、90.45%、77.93%和88.06%。華南8號(hào)、華南9號(hào)在鹽脅迫1 d后即顯著下降，5 d后顯著低于對(duì)照。華南124在鹽脅迫3 d時(shí)顯著下降，5 d達(dá)到最低。華南205在鹽脅迫1 d后先顯著升高后下降，在脅迫5 d達(dá)到最低。

表5 鹽脅迫對(duì)木薯葉片蒸騰速率的影響Table 5 Effect of salt stress on transpiration rates of cassava leaves

3 討論

葉綠素是光合作用中最重要的色素分子，排列在類(lèi)囊膜上，在光能的吸收和轉(zhuǎn)換中起著重要作用［21-22］，其直接影響植物的光合作用速率和光合產(chǎn)物形成［23-25］。不同水稻品種間葉綠素含量存在一定的差異［26］，其光合作用速率及光合產(chǎn)物也將存在較大不同。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，4個(gè)不同基因型的木薯葉綠素含量也存在差異，其凈光合速率也不盡相同。鹽脅迫后4個(gè)木薯品種相對(duì)葉綠素含量及凈光合速率均下降，可能是因?yàn)辂}脅迫破壞植物葉綠體結(jié)構(gòu)，使體內(nèi)葉綠素含量下降，引起植株光合能力減弱［27-28］，這與張艷艷等［29］、刁豐秋等［30］分別對(duì)玉米及大麥的研究結(jié)果一致。但也有相反的結(jié)論，認(rèn)為鹽脅迫可以增加植物體內(nèi)葉綠素含量［31-32］。這可能與試驗(yàn)材料、處理時(shí)間和處理濃度等因素有關(guān)。不同木薯品種相對(duì)葉綠素含量的變化不盡一致，說(shuō)明其對(duì)鹽脅迫的適應(yīng)性不同。這與金雅琴等［33］對(duì)烏桕幼苗的研究結(jié)果一致。

研究結(jié)果表明鹽脅迫能抑制植物的碳同化能力［34-39］。影響凈光合速率的因素主要有氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率等，它們?cè)诠夂献饔眠^(guò)程中協(xié)同作用，使得光合作用順利進(jìn)行［40］。本試驗(yàn)中，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，木薯幼苗凈光合速率呈下降趨勢(shì)，這種變化趨勢(shì)與氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化趨勢(shì)基本一致。胞間CO2濃度在鹽脅迫早期，處理組低于對(duì)照組，后期卻高于對(duì)照組。在鹽脅迫初期，鹽脅迫對(duì)光合作用的限制主要表現(xiàn)為氣孔限制，從而影響植物的光合作用［41］，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，除了氣孔限制外，還會(huì)產(chǎn)生非氣孔因素［42］。這表明，木薯鹽脅迫后凈光合速率下降可分為2個(gè)階段，即在鹽處理前期，葉片胞間CO2濃度隨氣孔導(dǎo)度的降低而降低，從而光合速率降低，此時(shí)光合速率下降的主導(dǎo)因素為氣孔因素，之后雖然氣孔導(dǎo)度減小，但葉片胞間CO2濃度升高，說(shuō)明隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)光合速率下降原因逐漸以非氣孔因素為主。這與王丹等［43］、韓浩章等［44］的研究結(jié)果一致。

綜上所述，隨著鹽脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，木薯葉片中葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率及氣孔導(dǎo)度均顯著下降，葉片胞間CO2濃度總體上呈先下降后上升的趨勢(shì)，光合速率下降的原因逐漸由氣孔限制轉(zhuǎn)向非氣孔限制，葉綠素含量及光合特性參數(shù)的變化與木薯基因型抗性密切相關(guān)。在鹽脅迫下，華南124仍能夠維持一定的光合作用強(qiáng)度，其耐鹽能力最強(qiáng)。

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