孟長軍，趙銀萍，杜喜春，谷勞亦真

（西安文理學(xué)院生物與環(huán)境工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

白苦瓜（Momordica charantia）為葫蘆科苦瓜屬植物。因其潔白如玉的果實和清熱去火的功效深受消費者的青睞，種植面積正逐年擴大[1]。鋁（Al）是土壤中含量較為豐富的活潑金屬元素之一。土壤中的水溶性鋁和交換性鋁往往會抑制根系的伸長、減少根系的數(shù)目，使植物葉片黃化、紫化，進而抑制植物生長[2-3]。難溶性的鋁在土壤酸性增強的條件下亦會變成可溶性的鋁離子，從而對植物產(chǎn)生傷害[4]。隨著酸雨的頻繁發(fā)生，土壤中鋁的活化變得更為普遍，這對白苦瓜的生長也帶來更多的負(fù)面影響[5-6]。

光合作用是植物體內(nèi)最重要的生化過程。光合作用的強弱不僅決定著植物自身生物量的多少，而且對于植物間的競爭也意義重大。研究發(fā)現(xiàn)，鋁脅迫能夠降低植物體內(nèi)的葉綠素含量，抑制植物的光合作用，降低凈光合速率和光化學(xué)猝滅系數(shù)[7-8]。水楊酸（salicylic acid，SA）作為一種信號分子，可以誘導(dǎo)逆境相關(guān)基因的表達(dá)、調(diào)節(jié)細(xì)胞抗氧化機制，從而增強植物對生物和非生物脅迫的耐受性[9-11]。研究還發(fā)現(xiàn)，水楊酸可以影響到光合碳同化酶類活性、光合色素活性以及光合器官穩(wěn)定性等[12-13]，并且認(rèn)為光合作用對于水楊酸提高植物環(huán)境適應(yīng)能力意義重大[14]。

關(guān)于SA緩解植物鋁毒害的研究近年來也有所報道。但需要指出的是，在對水楊酸緩解鋁害脅迫的機理進行研究時，多集中于抗氧化系統(tǒng)的研究[15]，以及氣體交換特性和光合色素的分析[16]，很少將葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)和光合特性結(jié)合起來對SA緩解鋁害脅迫的光合機理進行研究。此外，水楊酸對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用有明顯的環(huán)境效應(yīng)，且具體的調(diào)節(jié)效果還會因植物種類而發(fā)生變化[14]。

水楊酸對鋁脅迫下白苦瓜光合作用影響的研究目前尚未展開。為此，本試驗設(shè)置了不同濃度梯度的SA，通過研究外源SA對白苦瓜光合特性、葉綠素?zé)晒馓匦缘戎笜?biāo)的影響，以探明SA對白苦瓜鋁毒害緩解的光合機制，為酸性土壤中白苦瓜的抗鋁栽培提供一些理論和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試作物為純豐白苦瓜。

1.2 試驗設(shè)計

試驗在西安文理學(xué)院植物生長繁育單元文洛溫室內(nèi)進行。選取大小一致的白苦瓜種子，播種于營養(yǎng)缽中，所用栽培基質(zhì)為純沙。真葉出現(xiàn)后，用Hoagland營養(yǎng)液進行定時定量澆灌，保持栽培基質(zhì)的濕潤。

待白苦瓜幼苗長到兩葉一心期時，以Hoagland營養(yǎng)液＋400 mg/L AlCl3脅迫為對照，設(shè)3個處理：T1.Hoagland 營養(yǎng)液＋400 mg/L AlCl3＋30 μmol/L SA；T2.Hoagland營養(yǎng)液＋400mg/LAlCl3＋60μmol/L SA；T3.Hoagland營養(yǎng)液＋400mg/LAlCl3＋90μmol/L SA。每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)20株幼苗。處理開始15 d后，每個處理任選5株進行指標(biāo)測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定在晴朗的天氣條件下，每天9:00—11：00使用美國LI-COR公司的Li-6400便攜式光合儀進行測量。

采用Li-6400光合測定系統(tǒng)測定胞間CO2濃度（Ci）和光響應(yīng)曲線。光響應(yīng)曲線測定時的參數(shù)：葉室溫度設(shè)定為25℃；相對濕度約70%；安裝CO2小鋼瓶，對CO2注入系統(tǒng)進行校準(zhǔn)后，設(shè)定CO2濃度為400 μmol/mol；采用紅藍(lán)光源，光合有效輻射強度（PAR） 梯度為：1 500，1 200，1 000，800，500，250，120，100，60，30，0 μmol/（m2·s）。利用葉子飄的軟件擬合計算最大凈光合速率（Amax）、表觀量子效率（AQE）和暗呼吸速率（Rd）。

使用Li-6400熒光葉室測量最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETR）、非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）。設(shè)定測定溫度為25℃，濕度為70%。

1.3.2 葉綠素含量和葉氮含量的測定 從上往下數(shù)選取第2片葉子，使用TYS-3N型植物營養(yǎng)測定儀，測定白苦瓜的葉綠素含量和葉氮含量。

1.3.3 氣孔限制值 氣孔限制值（Ls）根據(jù)公式進行計算。

其中，Ca為大氣CO2濃度，Ci為胞間CO2濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013和SPSS 16.0進行數(shù)據(jù)處理，各處理間采用Duncan法進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的SA處理對鋁脅迫下白苦瓜幼苗光合指標(biāo)的影響

不同濃度的SA處理對鋁脅迫下白苦瓜幼苗光合指標(biāo)的影響也不同。隨著SA濃度的增加，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的最大凈光合速率（Amax）、表觀量子效率（AQE）均呈先升高后降低的趨勢（表1）。T2處理（60 μmol/L SA）下，白苦瓜幼苗的最大凈光合速率、表觀量子效率均顯著高于CK，且達(dá)到最大值，分別為CK的1.34倍和1.35倍。

隨著SA濃度的增加，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的暗呼吸速率（Rd）呈先降低再升高的趨勢。T1和T3處理下，白苦瓜幼苗的Rd均小于CK，但與CK間差異均不顯著。T2處理（60 μmol/L SA）下，白苦瓜幼苗的Rd顯著小于CK，僅為CK的63.03%（表1）。

表1 不同濃度水楊酸處理對白苦瓜幼苗光合指標(biāo)的影響

2.2 不同濃度的SA處理對鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉綠素含量的影響

由圖1可知，隨著SA濃度的增加，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片中葉綠素的含量呈現(xiàn)先升高再下降的趨勢。T2處理（60 μmol/L SA）下，白苦瓜幼苗的葉綠素含量最高，為CK葉綠素含量的1.40倍。T1處理（30 μmol/L SA）下，白苦瓜幼苗的葉綠素含量亦顯著高于對照，為CK葉綠素含量的1.28倍。T3處理（90 μmol/L SA）下，白苦瓜幼苗的葉綠素含量雖高于對照，但二者間差異不顯著。

2.3 不同濃度的SA處理對鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/h3>

從圖2可以看出，SA的濃度不同，對鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊懸膊煌?。外施SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETR）及光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）均高于CK；噴施SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的非光化學(xué)猝滅系數(shù)均小于CK。T2處理下，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的Fv/Fm，ETR及qP均達(dá)到最大值，分別為CK的1.24倍、1.61倍和1.55倍。T2處理下，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ）達(dá)到最小值，僅為CK的76.30%。

2.4 不同濃度的SA處理對鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片氣孔限制值的影響

隨著SA濃度的增加，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的氣孔限制值呈先降低后升高的趨勢（圖3）。T2處理下，白苦瓜幼苗的氣孔限制值最低，僅為CK氣孔限制值的64.71%。T1和T3處理下，白苦瓜幼苗的氣孔限制值亦小于CK，分別為CK氣孔限制值的78.43%和92.16%。

2.5 水楊酸對鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片氮素含量的影響

施用SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的氮素含量均高于對照（圖4）。T1，T2，T3處理下，葉片氮素含量分別比對照高出5.97%，10.45%和2.99%，但處理間差異并不顯著。

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物體內(nèi)最重要的生化過程。光合作用的強弱不僅決定著植物自身生物量的多少，而且對于植物間的競爭也意義重大[17]。

本研究發(fā)現(xiàn)，外施SA后，鋁脅迫下白苦瓜的最大凈光合速率、表觀量子效率均有不同程度的提高。其中，T2處理的效果最佳。該處理下，白苦瓜幼苗的最大凈光合速率、表觀量子效率均高出CK（單獨鋁脅迫）30%以上，而暗呼吸速率（Rd）卻顯著小于CK，僅為CK的63.03%。這就表明，適宜濃度的SA處理可提高鋁脅迫下白苦瓜的光合潛力。

外施SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的氣孔限制值（Ls）均小于對照，且T2處理下的Ls下降幅度最大。這就表明適宜濃度的水楊酸可以有效緩解鋁脅迫對氣孔的負(fù)面影響。多項研究表明，外施SA可增加脅迫條件下植物體內(nèi)的葉綠素含量[18-19]。本研究和他們的結(jié)果一致。SA處理下，葉綠素含量的增加可能與SA降低了脅迫下的葉綠素酶活性而促進了與葉綠素合成相關(guān)的原葉綠素酸酯還原酶復(fù)合體的生物合成有關(guān)[20]。

葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)技術(shù)可對植物的光合作用進行很好的補充說明。本研究中外施SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的最大光量子產(chǎn)量（Fv/Fm）、電子傳遞速率（ETR）及光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）均高于CK。T2處理下，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的Fv/Fm，ETR及qP均達(dá)到最大值，分別為CK的1.24倍、1.61倍和1.55倍。這就從熒光動力學(xué)的角度證明了，外施SA可促進鋁脅迫下植物的光合作用，這和SAHU等[21]的研究結(jié)果相近。添加SA后，鋁脅迫下白苦瓜的Fv/Fm有所增高。表明水楊酸能夠提高鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片PSⅡ反應(yīng)中心的光能捕獲效率。噴施水楊酸后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的化學(xué)猝滅系數(shù)升高、非光化學(xué)猝滅系數(shù)下降。這就說明，外施SA后，逆境脅迫下的白苦瓜的PSⅡ反應(yīng)中心維持著良好的開放狀態(tài)，光合系統(tǒng)的能量耗散得以減少，有更多的光能用于白苦瓜的光化學(xué)反應(yīng)[22-23]。

氮素是植物體內(nèi)遺傳物質(zhì)、蛋白質(zhì)、葉綠素以及一些關(guān)鍵代謝酶的基本組成元素[24-25]。因此，在研究光合作用時有必要對氮素變化情況進行研究。鋁對氮代謝的研究結(jié)果還不盡一致。鋁脅迫下三葉草（Trifolium repens）葉和根中的含氮量均有所上升[26]，但鋁脅迫下花生（Arachis hypogaea）5個品種的含氮量卻顯著降低[27]。本研究中，添加SA后，鋁脅迫下白苦瓜幼苗葉片的氮素含量均高于對照；但和CK相比，處理間的差異并不顯著。需要注意的是，特定時間下植物體內(nèi)的氮素測定結(jié)果并不足以闡明水楊酸對鋁脅迫下氮素代謝的影響，還需對白苦瓜幼苗更多部位的N素進行監(jiān)測，且在一定時間段內(nèi)進行多次連續(xù)測量，以更好地探明SA對鋁脅迫下植物體內(nèi)氮素代謝的影響。

總之，SA濃度不同，對鋁脅迫下白苦瓜幼苗光合特性的影響也存在差異；3個處理中，T2處理（60 μmol/LSA）的效果更佳。該處理下，鋁脅迫下白苦瓜幼苗的葉綠素含量得到顯著提高，鋁脅迫對氣孔的負(fù)面影響顯著降低，白苦瓜幼苗的光合作用顯著增強。本研究為白苦瓜鋁毒害的緩解提供了一些理論依據(jù)和技術(shù)支撐。