外源水杨酸对NaCl胁迫下番茄幼苗光合特性的影响

杨凤军 李天来 宿 越 臧忠婧

（1黑龙江八一农垦大学农学院，黑龙江大庆 163319；2沈阳农业大学园艺学院，辽宁省设施园艺重点实验室，辽宁沈阳 110866）

近年来，随着国内外设施园艺的快速发展，设施内土壤次生盐渍化不断加重，蔬菜的产量逐年下降，已成为困扰我国设施蔬菜生产的突出问题。番茄（Lycopersicon esculentumMill.）是我国设施栽培的主要蔬菜种类之一，设施土壤盐渍化的发生常导致番茄产量和品质下降。因此如何提高番茄的耐盐性对于实现设施番茄的稳定生产具有重要的现实意义。

光是植物光合作用的唯一能量来源，是植物生命活动的基础。盐胁迫是通过抑制为植物提供物质的光合作用进而影响植物的生长。水杨酸（SA）是植物体内可自身合成的一种类似植物激素的简单酚类化合物，作为植物内源信号分子参与调节植物的许多生理过程（孟雪娇 等，2010）。目前，已陆续发现SA能提高植物对盐胁迫等非生物逆境的抗性（李国靖和周燮，2001；杨瑞红 等，2009；何俊瑜和任艳芳，2010；张志刚和尚庆茂，2010；王玉萍 等，2012）。外源SA能否提高 NaCl胁迫下植物的光合作用能力、增强其耐盐性的报道还不多见。本试验研究了外源SA对NaCl胁迫下番茄幼苗光合作用以及叶绿素荧光参数的影响，以期探讨SA与番茄耐盐性机制之间的关系，为生产实践中降低逆境伤害提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验方法

试验于2008年在沈阳农业大学工厂化高效农业工程技术中心科研基地的日光温室内进行。供试番茄品种为辽园多丽。3月 22日育苗，当植株长至四叶一心时选取生长一致的植株移入Hogland营养液中，恢复生长5 d后用100 mmol·L-1NaCl进行处理。在NaCl处理前一天9：00，开始对样品进行外源水杨酸的单株喷施，以纸板做隔离，叶面均匀附着液膜微滴为准。用不同浓度的水杨酸溶液（水溶）喷洒叶片，以清水为对照（CK）。每个处理 30株（1个水培槽），3次重复，随机排列。设 5个处理：CK（清水）、T1（100 mmol·L-1NaCl）、T2（100 mmo1·L-1NaCl+100 mg·L-1SA）、T3（100 mmo1·L-1NaCl+300 mg·L-1SA）、T4（100 mmo1·L-1NaCl+500 mg·L-1SA）。

1.2 测定项目

1.2.1 叶绿素含量的测定 在NaCl处理0、3、6、9、12 d取番茄植株第4片叶剪碎，用乙醇∶丙酮为1V∶1V的混合液提取叶绿素，用CARY100Scan紫外/可见分光光度计测定叶绿素含量。

1.2.2 光合指标的测定 在NaCl处理的0、3、6、9、12 d的9：00～10：00，用LI-6400型光合测定仪测定番茄植株第4片叶的净光合速率（Pn）、细胞间隙CO2浓度（Ci）和气孔导度（Gs），并根据叶片气孔限制值（Ls）=1-Ci/Ca计算Ls，其中Ca表示大气CO2浓度。光合有效辐射强度均为 600 μmol·m-2·s-1（人工光源），CO2浓度均为室内自然浓度（450±150）μmol·mol-1。每次每处理测定5株。

1.2.3 荧光参数的测定 在NaCl处理12 d的凌晨5：00时，用LI-6400便携式光合测定系统荧光测定探头测定各处理番茄植株第 4片叶的 Fo（初始荧光）、Fv/Fm（原初光能转化效率）；8：00时测定ΦPSⅡ（实际光化学量子效率）、qP（光化学猝灭系数）、非光化学猝灭系数（NPQ）等荧光参数。每处理测定5株。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫下水杨酸处理对番茄幼苗叶绿素含量的影响

叶绿素含量是反映光合强度的重要指标。如图1所示，NaCl胁迫下番茄幼苗的叶绿素含量与对照相比均有所下降。NaCl胁迫条件下，SA处理显著减缓了叶绿素含量的下降，SA浓度为500 mg·L-1时的效果较明显，在处理12 d时与对照相比降幅为20.91%，比单纯NaCl处理降幅减少了9.09个百分点。表明SA可维持番茄叶片中较高的叶绿素含量，对维持NaCl胁迫下番茄较高的光合效率有一定的促进作用。

2.2 NaCl胁迫下水杨酸处理对番茄幼苗植株净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）、细胞间隙CO2浓度（Ci）、气孔限制值（Ls）的影响

在NaCl胁迫条件下，番茄幼苗的Pn、Gs随着胁迫时间的延长呈现显著降低的趋势，而对照则基本保持稳定（图 2-a、b）。经 SA处理的植株 Pn、Gs下降速度明显比未经 SA处理的下降缓慢，并且对于不同浓度的SA处理，500 mg·L-1对减缓番茄叶片Pn、Gs下降速度的效果更为明显。表明NaCl胁迫导致番茄叶片Pn、Gs下降，而SA处理减缓了其下降的速度，可使NaCl胁迫下番茄幼苗的光合效率保持在较高水平。

如图2-c、d所示，在NaCl胁迫下，番茄幼苗的Ci随着胁迫时间的延长呈现先下降后上升的趋势；而Ls则与之相反，呈现先上升后下降的趋势。在胁迫的第3天，各处理Ci降至最低，Ls则升到最高，SA处理显著减缓了Ci降低和Ls上升的程度，其中500 mg·L-1的SA处理效果较为明显。在NaCl胁迫12 d时，与对照相比，浓度为0、100、300、500 mg·L-1的SA处理的Ci降幅分别为 21.25%、13.40%、12.58%、9.61%，Ls增幅分别为 27.79%、19.34%、13.75%、9.34%。表明SA处理可明显缓解NaCl胁迫对番茄植株的气孔限制与非气孔因素的限制。

图1 不同浓度SA处理对NaCl胁迫下番茄幼苗叶片叶绿素含量的影响

图2 不同浓度SA处理对NaCl胁迫下番茄幼苗叶片净光合速率、气孔导度、细胞间隙CO2浓度、气孔限制值的影响

2.3 NaCl胁迫下水杨酸处理对番茄幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

Fv/Fm表示光照条件下开放的PSⅡ反应中心的能量捕获效率。Fv/Fo代表PSⅡ潜在的活性。由图3-a、b可以看出，与对照相比，在NaCl胁迫下各处理Fv/Fm和Fv/Fo显著降低，SA处理可以明显减小Fv/Fm和Fv/Fo的下降程度，其中500 mg·L-1的SA处理效果较明显。NaCl胁迫使番茄幼苗的Fo显著升高（图3-c），与对照相比T1升幅为19.76%，而SA处理明显地抑制了Fo升高，500 mg·L-1的SA处理效果较好，与对照相比T4升幅为8.08%，比T1升幅减少了11.68个百分点。

ΦPSⅡ代表光合电子传递的量子效率。NaCl胁迫导致番茄叶片ΦPSⅡ显著降低（图3-d），而SA处理可以明显缓解ΦPSⅡ的下降，其中500 mg·L-1SA处理对ΦPSⅡ下降的缓解效果明显。qP反映 PSⅡ天线色素吸收的光能用于光化学电子传递的份额。由图 3-e可知，NaCl胁迫下，番茄叶片的qP显著降低，而SA处理可以缓解qP的下降，其中500 mg·L-1SA处理对qP的下降的缓解效果明显，与对照相比T4的降幅为5.43%，比T1的降幅减少了4.14个百分点。NPQ反映的是 PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散的部分。由图 3-f可知，NaCl胁迫下番茄叶片的NPQ较对照显著升高，而SA处理可以缓解NPQ的升高，其中500 mg·L-1SA处理对NPQ升高的缓解效果明显。

图3 不同浓度SA处理对NaCl胁迫下番茄幼苗叶片Fv/Fm、Fv/Fo、Fo、ΦPSⅡ、qP和NPQ的影响

3 结论与讨论

光合作用是植物形成生物产量的基础，也是植物对外界环境条件反应最敏感的生理过程。盐胁迫对光合作用的抑制主要表现在使气孔关闭，光化学反应下降，CO2同化受限（Munns &Termaat，1986）。在盐害初期，主要表现为气孔限制，从而影响植物的光合作用（Ziska et al.，1990）。但在长期盐胁迫下还会产生非气孔因素（Jacob & Lawlor，1991）。当这两种因素同时存在时，Ci变化的方向取决于占优势的那个因素（许大全和沈允钢，1997）。Farquhar和 Sharkey（1982）认为在气孔导度（Gs）下降时，Ci同时下降才表明是光合作用的气孔限制。本试验结果表明NaCl胁迫抑制了番茄幼苗的光合作用，经NaCl胁迫处理后番茄幼苗的Pn下降、Gs降低，Ci呈先下降后上升的趋势，而Ls则呈先上升后下降的趋势，这与其他植物上的研究结果一致（郁继华 等，2004；朱晓军 等，2004）；在NaCl胁迫初期，Ci随着Gs的降低而降低，而Ls却逐渐升高，这可能是由于NaCl胁迫刺激引起渗透胁迫，导致部分气孔关闭，限制了CO2向叶绿体的输送，导致Pn降低，这表明该时期Pn降低的主导因素为气孔限制因素。随着胁迫时间的延长，Ls随着Gs的下降而下降，但Ci却开始回升，这时非气孔限制因素成为主要限制因子。NaCl胁迫还导致了番茄叶片叶绿素含量的明显下降，其原因可能是活性氧的积累发生了氧化破坏，加速了这些色素的降解。可见，NaCl胁迫对番茄光合功能的抑制伤害与其他植物具有一致性。

有关盐处理对 PSⅡ活性的影响，目前还缺乏统一的认识，Aro等（1993）认为盐胁迫可以促进PSⅡ的功能，Everard等（1994）则认为盐胁迫可以抑制PSⅡ的功能。Fv/Fm是植物发生光抑制的敏感指标（史庆华 等，2004），常被用作标明环境胁迫程度的指标和探针。NaCl胁迫下Fv/Fm、Fv/Fo和Pn明显下降，表明植株受到了光抑制（Krause & Weis，1991）。初始荧光Fo是判断 PSⅡ光反应中心运转状况的重要指标，PSⅡ反应中心的热耗散可以使 Fo降低，PSⅡ反应中心光化学伤害可使Fo升高（郭书奎和赵可夫，2001）。本试验结果表明，在NaCl胁迫下番茄幼苗Fo显著升高，这表明PSⅡ反应中心受到光化学伤害，也说明了Fv/Fm、Fv/Fo和Pn的下降是PSⅡ反应中心失活所致。ΦPSⅡ反映光合电子传递的量子化效率，是PSⅡ反应中心关闭情况下PSⅡ光能捕获的效率（Wang & Nil，2000），与碳同化反应的强度密切相关。NaCl胁迫引起Φ PSⅡ的下降，降低了 ATP、NADPH等同化力的形成，使净光合速率降低。qP表示由于光化学作用导致光系统Ⅱ效率下降的比例。要保持高的光化学猝灭就要使PSⅡ反应中心处于开放状态，所以光化学猝灭系数在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度。NaCl胁迫使qP下降，表明番茄叶片的光化学猝灭能力下降，QA至QB（指QA到QB的传递）的电子传递受到了抑制。NPQ反映的是PSⅡ天线色素吸收的光能不能用于光合电子传递而以热的形式耗散的部分。NaCl胁迫可使番茄叶片的NPQ升高，本试验证明盐胁迫下番茄的非辐射能量消耗增加，这是植物的一种自我保护机制。

SA与植物抗胁迫的关系一直是研究的热点，已经明确SA可作为植物抗病反应所需的信号分子来激活植物防御保护机制，在植物信号传导和抗逆反应中起着关键作用。从本试验结果可以看出，不同浓度的SA处理都减小了NaCl胁迫下番茄叶片光合作用的下降，保持了叶绿素的稳定性。SA处理抑制了Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSⅡ的下降和Fo的上升，这说明SA在一定程度上减轻了NaCl胁迫下植株的光抑制程度，可以有效缓解NaCl胁迫对PSⅡ反应中心的伤害，减轻NaCl胁迫对PSⅡ电子传递的抑制。SA处理抑制了NaCl胁迫导致的光化学猝灭系数的减小，但也抑制了非光化学猝灭系数的增加，说明SA在NaCl胁迫下保护光合系统的原因并不是由于增加了非光化学能量消耗过程。据报道，SA处理能诱导提高黄瓜、玉米、雪里蕻（Brassica junceaCoss.var.crispifoliaBailey）、海棠等叶片抗氧化系统，清除体内过多的活性氧，降低脂质过氧化水平，改善细胞的代谢，最终缓解盐胁迫伤害（Gunes et al.，2005；张富平和张蕊，2007；Yusuf et al.，2008；Bai et al.，2009）。SA提高保护酶系统的活性，减少膜脂过氧化，这可能是SA处理能在NaCl胁迫下保护光合系统的重要原因之一。关于SA在NaCl胁迫下对光合系统的保护机理有待于进一步研究。

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