摘 要 以 1 年生黄连木为试材，设置 NaCl 浓度分别为 0 ( CK) 、0. 15% 、0. 3% 、0. 45% 、 0. 6%5 个处理，利用快速叶绿素荧光诱导动力学曲线分析技术( JIP-test) ，研究了 NaCl 胁迫对黄连木叶片光合特性和快速叶绿素荧光诱导动力学参数的影响. 结果表明: 随着 NaCl 浓度的升高，黄连木叶片中的叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素含量逐渐降低，叶绿素 a /b 比值先升高后下降，类胡萝卜素含量逐渐增加; 叶片的净光合速率( Pn ) 、气孔导度( gs) 逐渐降低，其中 NaCl 浓度<0. 3% 时，叶片 Pn下降主要受气孔限制; 当 NaCl 浓度>0. 3% 时，Pn下降主要由非气孔因素限制; 单位面积捕获的光能( TRo /CSo ) 、电子传递的量子产额( ETo /CSo ) 、单位面积的反应中心数量( RC /CSo ) 、量子产额或能量分配比率( ψo和 φEo ) 逐渐降低，而单位面积吸收的光能( ABS /CSo ) 、荧光诱导曲线中 K 点( Wk ) 和 J 点( Vj) 明显增加，说明盐胁迫对黄连木叶片放氧复合体( OEC) 、受体侧和 PSⅡ反应中心造成了伤害. 当 NaCl 浓度为 0. 3% 时，PSⅡ最大光化学效率( Fv /Fm ) 和光化学性能指数( PIABS ) 分别比对照下降 17. 7% 和 36. 6% .
关键词 黄连木 NaCl 胁迫 光合特性 叶绿素荧光诱导动力学 JIP-测定
随着经济的发展，盐碱地绿化和美化越来越受到人们的重视，但土壤中较高的含盐量限制了园林绿化植物的应用[1-2]. 因此，评价和筛选适宜盐碱地区生长的园林植物，对于该类城市的绿化及生态环境改善具有重要的意义.
黄连木( Pistacia chinensis) 为漆树科黄连木属乔木，因其春季嫩叶和秋季叶片呈红色，既可以成片种植，也可在园林景观中孤植观赏，美化效果良好，是极具推广前景的优良绿化树种. 以往对黄连木的研究大多集中在苗木繁育、病虫害防治及生物学特性[3-6]等方面，有关其耐盐性的研究报道较少.
快速叶绿素荧光诱导动力学曲线主要反映了 PSII 的原初光化学反应及光合机构的结构和状态等的变化. 近年来，随着对叶绿素荧光技术研究的深入，人们逐步认识到叶绿素荧光诱导动力学曲线能提供大量的生理信息. Strasser 等[7]在生物膜能量流动的基础上建立了针对快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的分析技术( JIP-test) ，成为研究逆境对光合机构影响的有利工具[8-9]，目前已在高温、低温和盐胁迫等方面得到广泛的应用[10-12]. 本文通过 JIP-test 分析，研究了盐胁迫对 1 年生黄连木实生苗的光合特性及快速叶绿素荧光诱导动力学参数的影响，旨在为制定合理的栽培技术措施提供理论依据.
1 材料与方法
1. 1 供试材料及处理
试验在位于河北省保定市的河北农业大学实验苗圃内进行，地理坐标为 38°49'35″ N，115°26'49″ E. 2012 年 3 月，选用 1 年生黄连木实生苗作为试材，定植于直径 25 cm、深 30 cm 的花盆中，每盆 1 株，共 25 盆. 盆土采用园土与洗净的细砂以 3 ∶ 1 混匀作为栽培基质，含盐量 0. 6‰，每盆装土 6 kg.
2012 年 6 月 2 日，选择长势一致、无病虫害的健康植株进行 NaCl 处理. 试验设置土壤含盐量为 0 ( CK) 、0. 15% 、0. 3% 、0. 45% 、0. 6% 5 个处理，每个处理 3 次重复. 试验开始时一次性加入相应的 NaCl 溶液至设计的土壤含盐量，以后每 5 d 浇水一次，每次每盆 1 L. 为防止盐分流失，处理时花盆下放置托盘，渗出的溶液再倒回盆中. 处理 15 d 后测定光合参数和叶绿素荧光动力学曲线参数，同时，取相同部位的功能叶测定叶绿素含量.
1. 2 测定方法
1. 2. 1 叶绿素含量 取不同处理植株新梢中上部功能叶 3 ～ 4 片复叶，用冰壶立即带回实验室，采用 80% 丙酮浸提法进行叶绿素 a、b 及类胡萝素含量的测定[13].
1. 2. 2 光合作用参数 NaCl 处理 15 d 后测定黄连木叶片光合荧光参数. 每个处理随机选取 5 株，每株选取第 3 ～ 4 叶序的功能叶，采用 Li-6400 便携式光合作用仪( 美国 LI-COR 公司) 于一天中光合能力最强时段( 晴天 9: 00—11: 00) 测定植株叶片光合速率 ( Pn ) 、气孔导度( gs ) 、胞间 CO2 浓度( Ci ) . 测定条件: PAR 为 1300 ～ 1600 μmol·m-2 ·s -1 ，CO2 浓度为 380 ～ 390 μmol·mol -1 ，温度为 31 ℃ ～ 35 ℃ .
1. 2. 3 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线测定 NaCl 处理 15 d 后，每个处理选取 5 株黄连木幼苗进行测定. 测定前先将叶片暗适应 15 min，然后利用 Pocket PEA 植物效率分析仪( Hansatech，UK) 测定叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线. 将获得的 O-J-K-I-P 荧光诱导曲线用于 JIP-test 分析[14-15]，并参照 Strivastava 等[14]的方法计算 PSⅡ最大光化学效率( Fv / Fm ) 、光合性能指数( PIABS ) 、K 相可变荧光占 J 相可变荧光的比例( Wk ) 、J 相相对可变荧光( Vj ) 、捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过 QA的其他电子受体的概率( ψo ) 、反应中心吸收的光能用于电子传递 的 量 子 产 额( φEo ) 、单位面积吸收的光能 ( ABS /CSo ) 、单位面积捕获的光能( TRo /CSo ) 、单位面积电子传递的量子产额( ETo /CSo ) 及单位面积反应中心的数量( RC /CSo ) .
1. 3 数据处理
采用 SPSS 17. 0 软件对数据进行单因素方差分析，并用 Duncan 新复极差法检验差异显著性( α = 0. 05) . 采用 Excel 2003 软件进行数据处理及作图.
2 结果与分析
2. 1 NaCl 胁迫对黄连木叶片中色素含量的影响
由表 1 可以看出，随着 NaCl 浓度的增加，黄连木叶片中叶绿素含量逐渐下降，Chl a /b 先升高后降低，而类胡萝卜素含量呈先降低后上升的趋势. 当 NaCl浓度为0. 3% 时，与对照相比，叶绿素a、b、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量分别下降了 27. 6% 、 35. 4% 、30. 4% 和 45. 5% ，而 Chl a /b 增 加 了 12. 3% ; 当 NaCl 浓度由 0. 3% 升高到 0. 6% ，叶绿素含量和 Chl a /b 比值逐渐降低，而类胡萝卜素含量逐渐增加，说明 0. 45% 和 0. 6% 高浓度 NaCl 处理降低了黄连木叶片中叶绿素 a、b 含量，却加速了类胡萝卜素的合成.
2. 2 NaCl 胁迫对黄连木叶片光合参数的影响
由表 2 可以看出，随着 NaCl 胁迫浓度升高，黄连木叶片的净光合速率( Pn ) 和气孔导度( gs ) 呈逐渐下降的趋势. NaCl 浓度为 0. 15% 时，黄连木叶片的 Pn和 gs虽有下降，但与对照差异不显著; 当 NaCl 浓度为 0. 3% 时，叶片的 Pn 和 gs 分别较对照降低 17. 4% 和 25. 0% .
与对照相比，NaCl 浓度为 0. 15% 时，黄连木叶片的 Ci显著降低. 随着 NaCl 浓度的升高，Ci呈现逐渐升高的趋势. 与 0. 15% NaCl 处理相比，0. 3% 、 0. 45% 和 0. 6% NaCl 处理下叶片的 Ci 分别升高了 6. 4% 、10. 0% 和 46. 5% ，而 0. 6% NaCl 处理的 Ci与对照差异不显著.
2. 3 NaCl 胁迫对黄连木叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线的影响
快速叶绿素荧光诱导动力学曲线( OJIP) 能够提供关于PSⅡ的光化学信息，准确地反映光反应中PSⅡ供体侧、受体侧及 PSⅡ反应中心电子氧化还原状态[15-16]. 由图 1 可以看出，随着 NaCl 胁迫浓度的升高，黄连木叶片的快速叶绿素荧光曲线上各点数值都有不同程度的下降. 与对照相比，0. 15% NaCl 处理下，JIP 荧光少量下降; NaCl 浓度达 0. 3% 以后， I、P 点荧光值明显下降，且 O-J-I-P 曲线变形为 O-JK-I-P 曲线，即在曲线中出现拐点 K( 300 μs) .
2. 4 NaCl 胁迫对荧光诱导动力学参数的影响
不同 NaCl 浓度处理下黄连木叶片叶绿素荧光动力学参数发生明显的变化( 图 2) . 与对照相比， NaCl 浓度为 0. 15% 时，叶片的相对可变荧光( Vj ) 略 高，但差异未达到显著水平; 当 NaCl 浓 度 为 0. 3% 时，Vj增加 15. 4% . 而 K 相可变荧光占 J 相可变荧光比例( Wk ) 随着胁迫浓度的增加逐渐升高，各浓度下 Wk分别比对照升高 21. 9% 、84. 4% 、96. 9% 和 106. 3% .
随 NaCl 胁迫浓度的升高，叶片捕获的激子将电子传递到电子传递链中超过 QA的其他电子受体的概率( ψo ) 逐渐降低. NaCl 浓度为 0. 15% 时，ψo与对照无显著性差异; NaCl 浓度达到 0. 3% 时，ψo显著低于对照 9. 4% .
随 NaCl 胁迫浓度的升高，反应中心吸收的光能用于电子传递的量子产额( φEo ) 呈现先升高后降低的变化. NaCl 浓度为 0. 15% 时，叶片 φEo 略高于对照，二者无显著性差异; 当 NaCl 浓度为 0. 3% 时，叶片 φEo开始降低，且与对照达到显著水平; NaCl 浓度为 0. 45% 和 0. 6% 时，φEo 比对照降低了 16. 0% 和 27. 3% .
2. 5 NaCl 胁迫对黄连木叶片活性参数的影响
由图 3 可以看出，随着 NaCl 浓度的升高，单位面积吸收的光能( ABS /CSo ) 逐渐升高，单位面积反应中心 的 数 量 ( RC /CSo ) 逐 渐 降 低. NaCl 浓 度 为 0. 15% 、0. 3% 、0. 45% 和 0. 6% 时，叶片 ABS /CSo分别比对照升高 0. 7% 、4. 1% 、7. 3% 和 9. 9% . NaCl 浓度为 0. 15% 时，RC /CSo与对照无明显差异; 当浓度达 0. 3% 时，RC /CSo比对照降低 9. 8% .
NaCl 浓度为 0. 15% 时，单位面积捕获的光能 ( TRo /CSo ) 和单位面积电子传递的量子产额( ETo / CSo ) 均高于对照，但无显著性差异; NaCl 浓度达到 0. 3% 时，TRo /CSo和 ETo /CSo均逐渐下降，分别低于对照 7. 0% 和 4. 2% .
2. 6 NaCl 胁迫下黄连木叶片性能指数及 Fv /Fm的变化
由图 4 可以看出，NaCl 浓度为 0. 15% 时，叶片最大光化学效率( Fv /Fm ) 与对照无显著差 异; 当 NaCl 浓 度 为 0. 3% 时，Fv /Fm 显 著 低 于 对 照 ( 17. 7% ) ; NaCl 浓度为 0. 6% 时，Fv /Fm 为对照的 57. 7% .
NaCl 浓度为 0. 15% 时，叶片光化学性能指数 ( PIABS ) 分别下降至对照的 8. 1% ; NaCl 浓 度 达 0. 3% 时，PIABS低于对照 36. 6% .
3 讨 论
3. 1 盐胁迫对黄连木色素含量和光合参数的影响
叶绿素是光合作用的光能捕获物质基础，Chl a 主要存在于反应中心，Chl b 更多的存在于 LHC( 捕光色素蛋白) [15]. 本试验中，随着 NaCl 处理浓度的增加，叶绿素 a、b 含量逐渐降低，Chl a /b 先升高后降低，说明 NaCl 胁迫导致黄连木叶片的色素组成和比例的变化. 0. 3% NaCl 处理条件下，叶绿素 a、b 含量显著低于对照，Chl a /b 却显著高于对照，说明 0. 3% NaCl 处理可能阻碍了 Chl b 的合成，限制了捕光色素蛋白对光能的捕获. Demmig-Adams 等[17]研究表明，类胡萝卜素可以猝灭三线态叶绿素和清除胁迫条件下的氧自由基，进而避免对 PSⅡ反应中心的破坏. 本试验中，NaCl 处理的类胡萝卜素含量虽低于对照，但随着 NaCl 处理浓度的增加，类胡萝卜素呈先降低后升高的趋势，说明高浓度 NaCl 胁迫条件下，黄连木叶片类胡萝卜素含量的提高有利于增加天线色素的热耗散，进而避免对 PSⅡ反应中心的直接破坏.
以往研究表明，逆境胁迫下植物光合速率下降受气孔限制和非气孔限制两方面的影响[18-19]. 轻度胁迫下以气孔限制为主，严重胁迫下以非气孔限制为主[20]. 本试验中，0. 15% 和 0. 3% NaCl 处理条件下，黄连木叶片 Ci 随 gs 下降而下降，说明 Pn 降低主要受气孔限制的影响; 但当 NaCl 浓度大于 0. 3% 时，Ci 随 gs 下降而升高，说明其 Pn 降低主要受非气孔限制的影响.
3. 2 盐胁迫对黄连木叶绿素荧光动力学的影响
叶绿素荧光动力学参数是检验植物胁迫伤害程度的指 标[21]. Fo 的大小与单位面积吸收的光能 ( ABS /CSo ) 直接相关; 胁迫条件下 Fo升高与叶绿素含量、PSⅡ反应中心的结构状态和电子传递速率有关[22-23]. 本试验中，随着 NaCl 浓度的增加，ABS /CSo 逐渐升高，尤其在 0. 3% NaCl 处理条件下，黄连木叶片叶绿素含量显著低于对照，而 ABS /CSo显著高于对照，说明 0. 3% NaCl 胁迫限制了叶绿素合成、降低了电子传递速率，可能导致 PSII 反应中心的可逆失活或不易逆转的破坏[23]. RC /CSo、TRo /CSo 和 ETo /CSo逐渐降低，可能与 PSⅡ反应中心失活有关.
典型的快速荧光动力学曲线在荧光上升阶段有 O、J、I、P 相，曲线 J 点处荧光强度 Vj升高，通常反映了 PSⅡ反应中心受体侧 QA-瞬时大量积累[7]; Wk反映了 PSⅡ供体侧受伤害的状况，Wk 值增大，表明 OEC 数量减少，被破坏的程度增强[24]. 在 NaCl 浓度为 0. 15% 时，黄连木叶片 Vj和 Wk值缓慢升高，说明电子在 PSⅡ供体侧、受体侧的传递受阻，QA-积累量增加，OEC 数量减少; 当 NaCl 浓度为 0. 3% 时，Wk显著增加，表明 OEC 受到明显伤害[25]，Vj显著增加表明盐胁迫损伤了 PSⅡ受体侧的电子传递[26]，φEo和 ψo下降说明 PSⅡ受体侧电子传递能力不断下降.
Fv /Fm可以指示植物对胁迫的反应[27]，Fv /Fm 下降是植物受到光抑制的重要指标[28-29]; PIABS是以吸收光能为基础的性能指数，可以准确地反映植物光合机构的整体状态[30]. 本试验中，在 0. 15% NaCl 处理条件下，黄连木叶片 Fv /Fm虽有下降但与对照无显著性差异，说明黄连木叶片光能转化效率未发生显著改变; 当 NaCl 浓度为0. 3% 时，Fv /Fm和 PIABS 均显著低于对照，表明 0. 3% NaCl 处理可能使光合机构的功能受到伤害，降低了光能转化效率，限制了光合作用的正常进行.
综上可见，0. 15% NaCl 处理对黄连木叶片的光合特性没有显著影响，而 0. 3% NaCl 处理显著降低了叶片的色素含量和净光合速率. PSⅡ反应中心部分失活、反应中心电子供体侧 OEC 和受体侧电子受体受到损伤. 这是 NaCl 胁迫下黄连木叶片光合能力下降的原因之一. 同时，0. 3% ～ 0. 6% NaCl 处理下类胡萝卜素含量的提高，有利于天线色素热耗散的增加，可以缓解过剩光能对 PSⅡ反应中心的直接破坏. 这可能是黄连木对 NaCl 胁迫的一种防御保护机制.——论文作者：李旭新1 刘炳响1 郭智涛2 常越霞1 贺 磊2 陈 芳2 路丙社2，3**
本文来源于：《应用生态学报》(月刊)是中国科学院主管、中国生态学学会和中国科学院沈阳应用生态研究所联合主办的综合性学术期刊，创刊于1990年，由科学出版社出版。本刊主要报道应用生态学领域的创新性科研成果与科研进展，反映我国应用生态学的学术水平和发展方向，跟踪学科发展前沿，注重理论与应用结合，促进国内外学术交流合作与人才培养。
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