碱性盐胁迫对3种番茄根系活力和光合色素的影响

赵秋月　张广臣

摘要：研究Na2CO3胁迫下3种番茄根系活力和光合色素的变化情况。结果表明：与对照相比，盐浓度≤20 mmol/L的 Na2CO3胁迫下，番茄植株的根系活力、生物量呈增加的趋势；盐浓度≥40 mmol/L条件下的番茄植株的生物量、根系活力和光合色素含量均呈明显降低的趋势，说明高盐浓度严重抑制了植株根系活力，使光合色素含量降低，减少了生物量，抑制了植物生长。综合测试指标推断，供试番茄苗期耐盐能力排序为月光>L-402>西番206。

关键词：Na2CO3胁迫；番茄；根系活力；叶绿素

中图分类号： S641.201文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）11-0219-05

收稿日期：2015-03-11

基金项目：四川省教育厅课题（编号：15ZB0278）；绵阳师范学院校级科研课题（编号：2013B02）。

作者简介：赵秋月（1978—），女，吉林扶余人，硕士，讲师，从事植物逆境生理研究。E-mail：7682368@qq.com。

通信作者：张广臣，教授，从事植物栽培生理研究。E-mail：gczh2005@126.com。土壤盐渍化是人类生存面临的生态危机之一，土壤的盐渍化问题日益威胁着人类赖以生存的有限土地资源，盐胁迫已经成为全世界范围内影响农业生产最重要的环境胁迫因子[1]。土壤盐渍化直接影响了粮食的生产，是农业开发和农业可持续发展的重大限制条件和障碍因素[2]。目前，已有超过 100 多个国家报道了与钠盐积累有关的土壤盐碱化现象[3]，包括盐土、碱土以及盐碱土。有研究显示，碱化土壤（受碱性盐 Na2CO3、NaHCO3影响的土壤）对植物幼苗存活造成的伤害较盐化土壤（受中性盐 NaCl、 Na2SO4影响的土壤）严重[4]。盐胁迫对植物的伤害是多种因素共同作用的结果，包括渗透胁迫、特定离子毒害等[5]。根系是植物吸收养分的重要器官，光合作用是植物赖以生存的物质基础，根系生长状况好坏和光合能力的大小直接影响植物的生长状况与最终产量。近年来大量研究表明，盐胁迫会导致植物光合能力和生物量的下降[6-8]，且多以中性盐NaCl胁迫小麦[9]、玉米[10]等农作物和木本植物材料，探明了盐胁迫与植物保护酶等指标的关系。然而，有关盐胁迫对植物根系生理和光合作用影响的研究尚属薄弱环节，尤其是关于作物根系对碱性盐分胁迫响应方面的研究更少。番茄（Lycopersicon esculentum Mill.）属于中度盐敏感鲜食和加工型蔬菜作物，是人们日常生活中所喜爱的蔬果型蔬菜，市场需求量很大，是设施蔬菜栽培的主要品种之一。

本试验研究Na2CO3胁迫番茄植株的根系活力和光合色素的变化规律，了解番茄植株在碱性盐渍环境下的根系生长状况以及对番茄植株光合作用的影响，以期为培育新的耐盐品种提供理论参考。

1材料与方法

1.1材料与设计

试验在吉林农业大学蔬菜基地温室内进行，供试番茄品种为 L-402、月光、西番206。试验采用穴盘育苗，待番茄幼苗长至两叶一心时，选长势均一的壮硕幼苗移至8 cm×8 cm的黑色营养钵内，每钵1株苗。试验用盐为碱性盐Na2CO3，盐浓度设5个水平：0（CK）、10、20、40、80 mmol/L。试验采用随机区组设计，每个处理30株，重复3次。待番茄幼苗移栽缓苗后，长至4～5张真叶完全展开时开始进行盐液胁迫处理，每株幼苗每次缓慢浇灌各个不同盐处理的盐液50 mL，每隔 7 d 浇1次，连续胁迫浇灌5次。每次浇灌盐液后第3天，取植株顶第4侧枝枝顶2～5张叶测定光合色素指标，取盐胁迫处理后整株幼苗测定生物学和根系指标。

1.2测定项目与方法

植株幼苗干、鲜质量的测量方法：幼苗用去离子水冲洗地上部和根系，洗净后用吸水纸吸干表面水分，称量幼苗的地上部分、地下部分、根系鲜质量。 然后在105 ℃下杀青15 min，75 ℃下烘干至恒质量，称量地上部分、地下部分、根系干质量。根活跃吸收面积的测定，采用甲烯蓝吸附染色法[11]，取待测植物根系用滤纸将水吸干后，用量筒测定其根系体积，再用吸水纸小心再次吸干后，顺序地浸入盛有甲烯蓝溶液的3个烧杯中，每杯浸1.5 min。从3个烧杯中各取l mL加入试管，均稀释10倍，在660 nm波长下测其吸光度，查标准曲线，计算每杯浸入根系后溶液中剩下的甲烯蓝质量（mg），代入公式求出根的吸收面积。

色素提取与测定参考丙酮-乙醇混合液比色法[12-14]，在4张重叠的待测植物叶（温室盆栽）主脉一侧用直径为 0.8 cm 的打孔器取样，放入50 mL容量瓶中，加入95%丙酮 ∶95%乙醇=1 ∶1的混合液定容，在17 ℃下避光48 h浸泡提取。用日本岛津721分光光度计在663、645、440 nm 范围内测定色素提取液的吸收光谱，代入公式中求得色素含量，相关计算公式如下：

叶绿素a浓度（CChla）=12.71×D663 nm-2.59×D645 nm；

叶绿素b浓度（CChlb）=22.88×D645 nm-4.67×D663 nm；

总叶绿素浓度（CChlT）=CChla+CChlb；

类胡萝卜素浓度（CCar）=4.7×D440 nm-0.27×CChlT；

叶绿素（类胡萝卜素）含量（mg/dm2）=C总浓度×提取液总体积÷1 000÷叶面积。

数据采用Excel和DPS软件进行统计分析。试验数据均为3次重复的平均值，采用Duncans多重比较法进行差异显著性检验。

2结果与分析

2.1Na2CO3胁迫对番茄幼苗生物学指标的影响

表1为Na2CO3胁迫33 d（2011年8月17日）测得供试3种番茄生物学指标变化情况。供试3种番茄幼苗的生物量都随着盐浓度的增加，呈先增加后降低的趋势，说明低盐胁迫对番茄幼苗生物量有促进作用。不同品种间比较可知，L-402在10 mmol/L盐处理下生物量达到最大值；月光、西番206则在20 mmol/L盐处理下生物量达到最大值；在80 mmol/L盐处理下，L-402、月光、西番206生物量分别比对照降低了8.63%、6.53%、7.46%，月光生物量降低得最少，L-402生物量降低得最多。

根系是植物活跃地吸收和合成养分的重要器官，根的生长情况和活力水平直接影响地上部的生长、营养状况以及植株产量水平[15]。由表1可知，随着盐浓度的增加，供试的3种番茄的主侧根比均是先降低后升高，且供试L-402、月光、西番206品种在低盐处理下主侧根比达到最低值；随着盐浓度在一定范围内增加，主侧根比逐渐增加，盐浓度为80 mmol/L时，L-402、月光、西番206主侧根比分别比对照分别增加了0.07、0.02、0.01。从这组数据中可以看出，根部受影响程度表现为L-402品种大于月光、西番206品种。随着盐浓度的增加，番茄幼苗根冠比呈现先增加后降低的趋势，但各品种各处理间差异不明显，表明各品种在盐处理下对幼苗根冠比无明显影响。综上可知，与对照相比，低盐胁迫（盐浓度≤20 mmol/L）可以促进番茄植株的生长发育（生物量、主侧根比、根冠比），高盐胁迫（盐浓度>20 mmol/L）抑制番茄植株生长发育；供试3个品种中，月光番茄耐盐能力优于其他2种供试番茄品种。

2.2Na2CO3胁迫对番茄幼苗根系总吸收面积和活跃吸收面积的影响

根系吸收活力对整个植株的生命活力有着重要的影响，因此可以根据根系对某种物质的吸附量测定根系的吸收面积，从而确定根系活力的大小。由表2可知，Na2CO3胁迫33 d后，低盐处理可以增加根系的活跃吸收面积、总吸收面积；但是随着盐浓度的增加，活跃吸收面积、总吸收面积均呈现显著的下降趋势。说明低盐处理增强了番茄幼苗根部活力，这可能是由于番茄根系在盐胁迫情况下的一种应激性反应，通过提高根系的代谢来缓解盐胁迫对植物的伤害。当盐浓度为80 mmol/L时，L-402、月光、西番206根系总吸收面积与对照相比较分别下降了32.10%、29.90%、34.48%；活跃吸收面积分别下降了71.43%、66.04%、79.03%。由此可以看出，高盐浓度下供试的各番茄根系总吸收面积和活跃吸收面积与对照相比均降低，总吸收面积降低最多的品种是西番206，月光总吸收面积降低最少，L-402总吸收面积降低程度居于中间；活跃吸收面积与总吸收面积呈相同的规律，说明高盐胁迫下月光番茄的根系活力强于L-402、西番206，西番206的根系活力受到的伤害最大。

2.3Na2CO3胁迫对番茄幼苗叶片叶绿素a+b含量的影响

Na2CO3除了对番茄根系活力产生影响外，对番茄幼苗叶片光合初级代谢中叶绿素a+b含量也产生了影响。如图1所示，本试验供试番茄幼苗在Na2CO3胁迫下，随着盐浓度的增加，叶绿素a+b含量呈现降低的趋势，盐浓度越高，含量降

低的越多。8月10日测试结果表明，供试品种L-402、月光、西番206 的叶绿素a+b含量在80 mmol/L盐处理下与对照相比分别降低了23.3%、22.8%、25.6%，其中月光品种的叶绿素a+b含量降低最少，西番206叶绿素a+b含量降低最多。

2.4Na2CO3胁迫对番茄幼苗叶片叶绿素a含量的影响

由图2可以看出，在Na2CO3胁迫下，随着盐处理浓度的增加，叶绿素a含量呈下降的趋势，10 mmol/L盐处理对供试3种番茄叶片中叶绿素a含量影响不大。80 mmol/L盐处理与CK比较，L-402番茄叶片叶绿素a含量下降了22.5%，月光下降了21.6%，西番206下降了25.1%。通过以上数据可知，供试西番206番茄叶绿素a含量比L-402、月光降低得多，这一变化规律与叶绿素含量变化规律相似。

2.5Na2CO3胁迫对番茄幼苗叶片叶绿素b含量的影响

由图3可知，叶绿素b含量相对于叶绿素和叶绿素a含量，下降趋势要缓慢得多，其不同处理盐浓度的变化曲线间距明显小于前两者。20 mmol/L盐处理下，从胁迫初期（7月20日）到盐胁迫后期（8月17日），供试L-402番茄叶片叶绿素a含量下降59.71%，而叶绿素b含量下降17.27%；月光叶绿素a含量下降42.99%，叶绿素b含量下降13.75%；西番206叶绿素a含量下降57.79%，叶绿素b含量下降18.95%。由这些数据推断可知，盐胁迫影响叶绿素a的程度要大于叶绿素b。在盐胁迫初期，植株体内叶绿素b含量下降并不明显，随着盐胁迫时间的增加，盐浓度<20 mmol/L的胁迫处理下供试番茄叶绿素b含量下降的幅度不明显；而在高盐处理条件下，供试番茄叶片中叶绿素b含量下降的速度高于CK。

2.6Na2CO3胁迫对番茄幼苗叶片类胡萝卜素含量的影响

由图4可知，盐胁迫下，供试番茄叶片类胡萝卜素含量随着盐浓度的增加呈现降低的趋势。0（CK）、10、20、40、80 mmol/L盐胁迫末期（8月17日）的类胡萝卜素含量相对于盐胁迫初期（7月20日）而言，L-402分别下降了49.81%、52.67%、54.28%、55.61%、57.70%，月光分别下降了33.83%、35.93%、38.44%、41.69、43.34%，西番206分别下降了51.98%、57.76%、58.08%、61.49%、63.28%。通过这些数据可知，盐处理浓度越高，类胡萝卜素含量降低得越多；随着盐胁迫时间的延长，类胡萝卜素含量下降程度越大；从下降的程度来看，供试3种番茄中月光类胡萝卜素含量下降得最少，西番206下降得最多。

3结论与讨论

盐胁迫主要是通过渗透胁迫和离子毒害对作物的生长发育产生抑制[16]。土壤中过量的盐影响到植物的新陈代谢过程，如二氧化碳同化、叶绿素合成、呼吸作用、植物激素代谢

等，这些综合表现都会影响到植物的生长[17-18]。而生物量累积和根冠比值为评估盐胁迫强度和植物的耐盐碱能力提供了可靠依据[19]。过量的盐浓度使根系渗透势高于环境中的渗透势，从而造成根系吸水困难，降低了根系和地上部分的生长，且地上部分受到的影响比根系受到的影响大；随着盐浓度的升高，根系活跃吸收面积/总吸收面积比值的变化比较小，根系活力呈现先增后降的趋势[20]。本研究表明，低盐胁迫对番茄的生长有促进作用，高盐胁迫才对番茄产生危害，即Na2CO3胁迫番茄。当Na2CO3浓度>40 mmol/L 时，番茄植株的生长产生抑制作用，减少了侧根的发育，降低了根系活力，对于植株的生长影响表现为地上部分>地下部分；Na2CO3浓度<20 mmol/L时，有促进番茄生长的表现。

盐胁迫直接影响植物根系吸收营养的同时，对植物体内光合作用代谢也产生了影响，光合能力的强弱对于植物生长及抗逆性都具有重要的影响，逆境胁迫对作物光合特性的影响程度决定着作物的同化水平、抗性水平和产量水平。叶绿素是重要的光合作用物质，叶绿素代谢是一个动态平衡过程，盐胁迫打破这种平衡，造成叶绿素含量发生变化[8]。有学者研究表明，低浓度的盐胁迫能够促进叶片中叶绿素的形成，从而提高观赏价值，高浓度的盐胁迫降低叶绿素的形成[21]。Strogonov认为，导致叶绿素含量降低是由于盐胁迫造成的离子毒害使叶绿素和叶绿素蛋白的结合变得松弛，进而促使叶绿素的解离，同时盐胁迫增加了叶绿素酶活性，进一步加速叶绿素分解[22]。本试验结果表明，在盐胁迫下叶绿素a+b含量、叶绿素a含量和叶绿素b含量均呈降低的趋势，盐浓度越高，几种测试指标降低得越快，说明叶绿体结构受到的伤害越严重。叶绿素b含量相对于叶绿素a+b、叶绿素a含量2个指标的下降趋势要缓慢的多，其不同处理盐浓度的变化曲线间距明显小于二者，说明叶绿素变化主要是叶绿素a的变化引起的。

盐胁迫不仅会影响植物的光合作用、叶绿素合成等初级代谢，也会影响到其次级色素的代谢水平[23-28]。盐胁迫下β-胡萝卜素含量的变化随处理盐胁迫程度的增加其整体变化趋势呈先升高后降低趋势[29]。本研究表明，低浓度（≤20 mmol/L ）盐胁迫对番茄类胡萝卜素含量影响不大，随着盐浓度增加，类胡萝卜素含量降低得越快；随着盐胁迫时间变长，类胡萝卜素含量下降程度越大，这说明土壤中盐量积累越多，对植物光合作用的次级代谢影响越大。

综上所述，低盐胁迫（盐浓度≤20 mmol/L）可以促进番茄植株的生长发育（生物量、主根/侧根、根冠比），高盐胁迫（盐浓度>20 mmol/L）抑制番茄植株生长发育。在Na2CO3胁迫下，随着盐处理浓度的增加，供试3种番茄植株叶片中叶绿素a+b含量、叶绿素a含量、叶绿素b含量和类胡萝卜含量均呈下降趋势，盐浓度越高，下降得越快。综合测试指标比较而言，在Na2CO3胁迫情况下月光耐盐性较强，L-402居中，西番206耐盐性最低。关于盐胁迫下不同番茄品种耐盐性差异的机理有待进一步研究。

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