張曉艷，孫宇峰，曹 焜，韓承偉，朱 浩，邊 境

（黑龍江省科學院 大慶分院，黑龍江 大慶 163319）

0 引言

土地的鹽堿化已成為全球性的環(huán)境難題，也是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的最大障礙性因子。據(jù)不完全統(tǒng)計全世界鹽堿地的面積達10億hm2，其中我國約為9913萬hm2，位居世界第三［1］，而作為我國重要糧食產(chǎn)區(qū)的東北松嫩平原，蘇打鹽堿土占地393.7萬hm2，并且每年以1.4%的速度增加，是世界上三大蘇打鹽堿土集中分布區(qū)之一［2-3］，嚴重影響了植物的正常生長發(fā)育［4-6］。植物的生長發(fā)育是通過光合作用產(chǎn)物積累實現(xiàn)的，光合系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)是植物生長發(fā)育的保障［7］。而鹽堿脅迫通常會減弱植物的光合作用，間接影響植物的生長狀況，且鹽堿濃度越高，作用時間越長，影響會越明顯［8］。研究表明，土壤含鹽堿過高會降低植物的凈光合速率，抑制植物生物量的積累，甚至導致植物死亡［9］。并且鹽堿脅迫中產(chǎn)生的高pH和離子毒害會對植物的光系統(tǒng)II反應中心造成破壞，限制光合電子傳遞，阻礙葉綠素合成，下調(diào)參與光反應和卡爾文循環(huán)的蛋白合成和酶活性［10］。鹽堿脅迫還會抑制葉原基的發(fā)生，造成植株的光合面積減少，使其光合作用減弱，影響植株生長［11］。此外，堿脅迫對植物生長和光合作用的破壞作用比鹽脅迫更嚴重［12-13］。

漢麻（Cannabis sativaL .）是大麻科、大麻屬、大麻種一年生草本植物，通常為雌雄異株，偶爾有雌雄同株，是人類最早種植的經(jīng)濟作物之一［14］。20世紀90年代以來，國際上將四氫大麻酚（THC）含量低于0.3%（雌株花穗干物質(zhì)百分比），且不具備毒品利用價值的大麻品種類型稱為漢麻［15］。其根、莖、葉、花、韌皮、籽粒等均具有較好的開發(fā)和利用價值［16-17］。漢麻種植簡便，不與糧、棉爭地，故中國麻類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系已將漢麻作為鹽堿地的改良作物，此舉不僅具有經(jīng)濟價值，而且還具有生態(tài)修復價值。國內(nèi)外漢麻研究主要集中在纖維、種子和化學分析等方面［17，19-22］。而關(guān)于鹽堿脅迫方面僅研究了種子萌發(fā)、苗期的生長發(fā)育及生理特性等［23-25］。不同生育時期鹽堿脅迫對漢麻光合特性的研究嚴重不足，阻礙了漢麻在鹽堿地上的推廣。因此，本試驗采用不同程度的鹽堿土進行盆栽試驗，研究了鹽堿脅迫對漢麻的光合參數(shù)、SPAD及葉綠素熒光參數(shù)的影響，此研究不僅豐富了工業(yè)大麻的種子資源，而且對蘇打鹽堿化地區(qū)推廣漢麻種植具有重要指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

漢麻品種為2015年從烏克蘭引進的格列西亞和金刀15。供試蘇打鹽堿化土壤取自黑龍江省大慶市東風農(nóng)場，包括：輕度鹽堿化土壤（LS）、中度鹽堿化土壤（MS）、重度鹽堿化土壤（SS），對照土取自黑龍江省安達市，其中，pH值7.5～8.5為輕度蘇打鹽堿化土壤，pH值8.5～9.0為中度蘇打鹽堿化土壤，pH值9.0以上為重度蘇打鹽堿化土壤，各處理主要理化性狀如表1所示。

表1 不同程度鹽堿土主要理化性狀

1.2 試驗設計

采用二因素試驗，8個處理，3次重復，每個重復種6盆，共144盆，每盆裝土15 g，隨機區(qū)組排列。每盆施基肥3.2 g，將60粒漢麻種子均勻的擺在盆內(nèi)，覆土1 cm，出苗前后用水澆灌，出苗后逐漸間苗，在苗高20 cm時每盆定株20，其他管理同大田。

1.3 測定項目及方法

光合指標的測定：在苗期、快速生長期、現(xiàn)蕾期、開花期及工藝成熟期，每個處理挑選長相一致的5株，選取倒數(shù)第3完全展開葉片，于晴天9:30 ～11:30測定。

葉片凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）采用LI-6400 （Li-COR，USA）測定。初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm），在植株暗適應30 min后，采用FMS-2型便攜式調(diào)制熒光分析儀測定。SPAD值采用葉綠素儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016軟件整理后，采用 SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件進行多重方差檢驗。

2 結(jié)果

2.1 光合參數(shù)

2.1.1 不同蘇打鹽堿脅迫對Pn的影響 作物在光合作用中吸收CO2的能力稱為Pn，Pn越高，制造的碳水化合物就越多，產(chǎn)量越高。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Pn明顯高于金刀15。從不同生育期來看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Pn隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK的Pn在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS、MS的在快速生長期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度看，兩品種在LS的Pn在苗期和快速生長期比CK升高了1.93%～4.76%，在現(xiàn)蕾期至工藝成熟期比CK降低32.84%～46.50%；MS的Pn在苗期和工藝成熟期比CK降低9.01%～67.58%；SS的Pn在苗期比CK分別降低75.37%和84.81%，差異顯著?？梢?，在苗期SS的Pn下降幅度最大，MS次之（圖1）。

2.1.2 不同蘇打鹽堿脅迫對Tr的影響 蒸騰作用是植物不可缺少的生理過程，蒸騰作用與植物Pn高度相關(guān)。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Tr明顯高于金刀15。從不同生育期來看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Tr隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS、MS在快速生長期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度來看，兩品種在LS的Tr在苗期和快速生長期比CK高0.61%～13.84%，現(xiàn)蕾期至工藝成熟期比CK降低14.54%～51.62%；MS的Tr在苗期和工藝成熟期比CK降低20.52%～57.65%；SS的Tr在苗期比CK分別降低80.83%和86.47%，差異顯著?？梢?，在苗期SS的Tr下降幅度最大，MS次之（圖2）。

2.1.3 不同蘇打鹽堿脅迫對Gs的影響 氣孔導度的強弱代表了植物氣孔傳導水汽和CO2的能力。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Gs明顯高于金刀15。從不同生育期來看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Gs隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS、MS在快速生長期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度看，兩品種在LS、MS的Gs在苗期至工藝成熟期比CK分別降低4.64%～60.54%、35.76%～ 71.64%；SS的Gs在苗期比CK分別降低86.36%和89.00%，差異顯著?？梢?，在苗期SS的Gs下降幅度最大，MS次之，說明在苗期MS和SS對漢麻植株葉片Gs影響最大（圖3）。

2.1.4 不同蘇打鹽堿脅迫對Ci的影響 如圖4所示，格列西亞的Ci明顯高于金刀15。苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Ci隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS、MS在快速生長期達到最大值。在不同蘇打鹽堿土脅迫下，兩品種在LS、MS下的Ci在苗期至工藝成熟期比CK分別降低1.36%～4.98%、2.92%～12.69%；SS的Ci在 苗 期 比CK分 別 降 低15.87%、19.13%，差異顯著。可見，在苗期SS的Ci下降幅度最大，MS次之，說明在苗期MS和SS對漢麻植株葉片Ci影響最大（圖4）。

2.2 葉綠素熒光參數(shù)

2.2.1 不同蘇打鹽堿脅迫對Fo的影響Fo是指光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）處于完全開放時的熒光產(chǎn)量。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Fo低于金刀15。從不同生育期來看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Fo隨著生育進程的推移呈先降低后增加的變化趨勢，均在工藝成熟期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度來看，隨著脅迫濃度的提高呈增加的趨勢，苗期至工藝成熟期，兩品種在LS的Fo比CK高2.52%～11.33%，MS的Fo比CK高3.82%～13.77%，苗期SS的Fo比CK分別高15.29%和14.86，苗期Fo的上升幅度SS最大，差異顯著，MS次之（圖5）。

2.2.2 不同蘇打鹽堿脅迫對Fm的影響Fm是指PSⅡ反應中心處于完全關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量，可反映通過PSⅡ的電傳遞情況。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Fm高于金刀15。從不同生育期看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Fm隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS和MS在快速生長期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度來看，兩品種在苗期至快速生長期LS略有提高，之后隨著脅迫濃度的提高呈降低的趨勢，現(xiàn)蕾期至工藝成熟 期LS的Fm比CK低1.38%～11.64%，MS的Fm比CK低5.87%～16.17%，苗期SS的Fm比CK分別低10.07%和13.92%，苗期Fm的下降幅度SS最大，差 異顯著，MS次之（圖6）。

2.2.3 不同蘇打鹽堿脅迫對Fv/Fm的影響Fv/Fm是指PSⅡ最大光化學量子產(chǎn)量，反映PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率。從不同漢麻品種來看，格列西亞的Fv/Fm略高于金刀15。從不同生育期來看，苗期至工藝成熟期，兩品種在CK、LS、MS的Fv/Fm隨著生育進程的推移呈先增加后降低的變化趨勢，CK在現(xiàn)蕾期達到最大值，LS和MS在快速生長期達到最大值。從蘇打鹽堿土脅迫濃度來看，隨著脅迫濃度的提高呈降低的趨勢，兩品種在苗期至工藝成熟期LS的Fv/Fm比CK低0.62%～6.37%，MS的Fv/Fm比CK低0.68%～ 8.44%，苗期SS的Fv/Fm比CK分別低8.62%和10.55%，苗期Fv/Fm的下降幅度SS最大，MS次之，差異不顯著（圖7）。

2.3 不同蘇打鹽堿脅迫對SPAD的影響

葉綠素是植物光合作用的物質(zhì)基礎，其含量的高低直接關(guān)系到植物的光合作用，影響植物的生長發(fā)育。苗期至工藝成熟期，不同蘇打鹽堿土脅迫處理對SPAD的影響程度不同（圖8），苗期和快速生長期，LS的SPAD略高于CK，差異不顯著，MS和SS的SPAD低于CK，差異顯著；現(xiàn)蕾期至工藝成熟期，LS和MS的SPAD均低于CK，格列西亞比CK低12.11%～20.93%，金刀15比CK低7.23%～ 19.52，差異顯著（圖8）。由以上分析可知，生長發(fā)育前期，格列西亞和金刀15的SPAD在LS中增加，在MS和SS中降低，可能與其修復損傷的能力有關(guān)，也可能與其吸收蘇打鹽堿土所需元素的有效機制有關(guān)。

3 討論

3.1 光合參數(shù)

光合作用是作物生長發(fā)育過程中一個非常重要的生理活動，是作物體內(nèi)重要的代謝過程，其強弱對植物的生長、產(chǎn)量及其抗逆性具有重要影響［26］。鹽脅迫或鹽堿混合脅迫對Pn、Tr、Gs、Ci具有抑制作用［27］，且隨著鹽堿程度的增大呈顯著下降的趨勢［28］，并且苗前期抑制程度大于苗后期［29］。本試驗條件下，MS和SS的Pn、Tr、Gs、Ci在不同生育時期隨著鹽堿脅迫濃度的增加呈逐漸降低的趨勢，與CK相比降低了1.38%～89.00%，而LS在生育前期對Pn和Tr有輕微的促進作用，生育后期則比CK降低了14.54%～51.62%，并且堿脅迫處理促進各光合參數(shù)峰值提前。李辛等［30］研究認為，鹽堿脅迫下植物Pn的降低不僅與光合能力的損傷和Gs的下降有關(guān)，而且也與植物細胞內(nèi)礦物質(zhì)元素的不平衡密切相關(guān)，Pn降低的原因有氣孔部分關(guān)閉導致的氣孔限制和葉肉細胞光合活性的下降導致的非氣孔限制，Gs、Ci同時下降時，說明Pn的下降是由氣孔限制造成的［31］，本試驗條件下，葉片Gs與Ci同時減小，說明葉片Pn的下降是由氣孔阻力的增大即氣孔導度的降低引起的。

3.2 SPAD及熒光參數(shù)

葉綠素含量與植物葉片光合能力密切相關(guān)，是衡量植物抗逆性的重要生理指標之一［32］。研究已證實鹽或鹽堿脅迫顯著降低了葉片的SPAD值［33］。而本試驗研究表明，LS在生育前期對SPAD有輕微的促進作用，之后有顯著的抑制作用，MS和SS在各生育時期對SPAD均有抑制作用，隨著蘇打鹽堿濃度的增加而降低，本試驗結(jié)果與郭金博等［1，34］的研究結(jié)果相似。葉綠素熒光是光合作用的探針，任何環(huán)境因子對光合作用的影響都可以通過葉綠素熒光參數(shù)的變化反映出來，而Fv/Fm的降低是植物發(fā)生光抑制最明顯的特征［35］。鹽堿脅迫條件下的Fv/Fm和ΦPSⅡ顯著降低［36］，本研究表明，各生育時期Fm和Fv/Fm隨著蘇打鹽堿脅迫濃度的增加呈逐漸降低的趨勢，而Fo呈逐漸升高的趨勢，說明鹽、堿脅迫均造成了葉綠體PSⅡ反應中心的損傷和光合活性的下降。

從光合氣體交換參數(shù)和葉綠素熒光參數(shù)的測定結(jié)果來看，漢麻在輕度及中度鹽堿脅迫下其光合器官的光合作用過程產(chǎn)生了一定的適應性，然而通過對生物產(chǎn)量的測定發(fā)現(xiàn)，不同蘇打鹽堿脅迫程度下仍然存在顯著差異，這說明盡管光合器官的光合作用過程對鹽堿脅迫產(chǎn)生了適應性，其葉片單位面積維持了較高的光合性能，但不同程度的蘇打鹽堿脅迫之所以會影響漢麻的生長，主要是由于鹽堿脅迫后根的生物量、葉面積指數(shù)等均變少，致使植株根吸收養(yǎng)分能力變差、總光合面積減小，最終造成總的生物產(chǎn)量的降低。

4 結(jié)論

蘇打鹽堿脅迫對漢麻光合特性的影響大小因漢麻品種和生育時期而異，生育前期蘇打鹽堿的脅迫濃度越大對其影響越大，格列西亞耐蘇打鹽堿化能力強于金刀15。SS脅迫下，苗期后漢麻逐漸停止生長發(fā)育，直至死亡。MS、SS在苗期至工藝成熟期的Pn、Tr、SPAD及Fm比CK降低了0.68%～ 86.47%，而LS在生育前期有輕微的促進作用，之后抑制作用顯著。LS、MS、SS在苗期至工藝成熟期對Gs、Ci及Fv/Fm比CK降 低 了0.62%～89.00%，而Fo比CK升高了2.52%～15.29%。整體來看，在不同生育時期蘇打鹽堿化土壤對漢麻的光合特性均有抑制作用，苗期的抑制程度高于其他生育時期，格列西亞耐蘇打鹽堿化土壤的能力大于金刀15的。在黑龍江省西部地區(qū)，輕、中蘇打鹽堿田種植漢麻，除選擇合適的耐鹽堿品種外，還應考慮種植效益和生態(tài)效益。