練冬梅，李 洲，姚運(yùn)法，張少平，林碧珍，洪建基，賴(lài)正鋒

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所 福建漳州 363005）

冰菜（Mesembryanthemum crystallinumLinn.）為番杏科（Aizoaceae）日中花屬草本植物，又名冰葉日中花，是一種兼性景天酸代謝植物（crassulacean acid metabolism, CAM）[1-2]。冰菜具有一定耐旱性，輕度干旱脅迫（基質(zhì)持水量為60%），冰菜生長(zhǎng)狀況最佳，中度干旱脅迫（基質(zhì)持水量為40%），冰菜的生長(zhǎng)受到抑制[2]；在20.0%～40.0%海水及低于400 mmol·L-1NaCl 下均具有極強(qiáng)的耐鹽性[3-4]，He等[5]研究表明，冰菜葉片的脯氨酸、抗壞血酸和總酚類(lèi)化合物含量隨海水濃度的增加而增加，且表現(xiàn)出較高的光合效率；Klaus 等[6]研究表明，在鹽脅迫下，冰菜從C3光合作用途徑轉(zhuǎn)變?yōu)镃AM 途徑，從而最大限度地減少水分流失，并保證在缺水、土壤鹽漬的情況下成功繁殖。目前，對(duì)冰菜干旱和鹽脅迫方面的研究主要集中在單一脅迫的生長(zhǎng)[2，7]、生理代謝變化[3-4，8]、光合特性[5]、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[5]、基因水平方面[9-10]，而關(guān)于旱鹽互作對(duì)冰菜生長(zhǎng)發(fā)育及光合特性影響的研究罕見(jiàn)報(bào)道。冰菜是一種設(shè)施大棚和露地均可生產(chǎn)的特色蔬菜，由于施肥施藥不合理，土壤鹽漬化嚴(yán)重，旱鹽脅迫時(shí)有發(fā)生，研究冰菜對(duì)旱鹽脅迫的響應(yīng)，對(duì)指導(dǎo)冰菜種植具有重要意義。筆者以冰菜幼苗為試驗(yàn)材料，采用基質(zhì)盆栽試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行干旱脅迫和鹽脅迫單一和雙重處理，探索干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜生長(zhǎng)發(fā)育及光合特性的影響，以期為冰菜規(guī)范化栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

水晶冰菜種子由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所提供，屬于印度冰菜類(lèi)型。盆土基質(zhì)購(gòu)買(mǎi)自眾耕（廈門(mén)）農(nóng)業(yè)科技有限公司，基質(zhì)的pH 值5.7，有機(jī)質(zhì)含量（w，后同）44.9%，堿解氮含量337.6 mg·kg-1，有效磷含量660.6 mg·kg-1，速效鉀含量8771 mg·kg-1。每盆裝土量120 g，持水量為100%時(shí)澆水量為400 mL。脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）試劑盒均購(gòu)自北京索萊寶科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021 年12 月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所智能氣候箱中進(jìn)行。冰菜種子經(jīng)0.05%高錳酸鉀消毒20 min，流水沖洗數(shù)次，將種子放置在干凈的基質(zhì)中培養(yǎng)至3 葉1 心，選擇生長(zhǎng)一致的幼苗種植于裝有基質(zhì)的花盆中，每盆1 株，白天26 ℃/12 h，夜間16 ℃/12 h，濕度70%。試驗(yàn)設(shè)置2 個(gè)干旱水平（60%和40%）和2 個(gè)鹽分水平（0和0.6%）（表1），即對(duì)照（60%土壤持水量，CK）、中度干旱脅迫（40%土壤持水量，D）、鹽脅迫（60%土壤持水量，0.6%土壤含鹽量，S）、旱鹽脅迫（40%土壤持水量，0.6%土壤含鹽量，DS）。干旱脅迫參照李樹(shù)和[2]的方法進(jìn)行劃分；鹽脅迫參照施海濤[11]的方法進(jìn)行劃分，以水溶解NaCl，施入量按照土壤含鹽量0.6%計(jì)算。試驗(yàn)采用完全隨機(jī)處理，每個(gè)處理10株，3 次重復(fù)，共120 盆。水分控制采用WET 土壤三參數(shù)速測(cè)儀，每日用1/2 Hoagland 營(yíng)養(yǎng)液補(bǔ)充損失的水分，培養(yǎng)冰菜35 d，冰菜可采食時(shí)進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 用直尺測(cè)定株高和株幅；游標(biāo)卡尺測(cè)定莖粗；電子天平測(cè)定地上部和地下部鮮質(zhì)量。每處理測(cè)定3 次重復(fù)。根冠比=地下部鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量。

1.3.2 生理指標(biāo)測(cè)定 選取植株展開(kāi)心葉下第3～4葉0.1 g 置于離心管中液氮速凍，參照索萊寶試劑盒方法，用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海精科L5S）測(cè)定過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、脯氨酸（Pro）、丙二醛（MDA）OD 值。并參照試劑盒說(shuō)明書(shū)計(jì)算各生理指標(biāo)含量，每處理設(shè)3 次重復(fù)。

1.3.3 葉片光合氣體交換參數(shù)測(cè)定 選取植株展開(kāi)心葉下第3～4 葉，使用便攜式光合作用儀GFS-3000 測(cè)定光合氣體交換參數(shù)：凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）。測(cè)定時(shí)間為08：00—11：30，測(cè)定光照度為800 μmol·m-2·s-1，流速為500 μmol·s-1，CO2濃度為400 μmol·mol-1。每處理設(shè)3 次重復(fù)。

1.3.4 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定 選取植株展開(kāi)心葉下第3～4 葉，用手持式葉綠素?zé)晒鈨x（FluorPenFP 110/s）測(cè)定葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)。將葉片表面擦凈，測(cè)定前將葉片暗適應(yīng)15 min 后測(cè)定初始熒光（Fo），再以飽和脈沖光測(cè)定最大熒光（Fm）和可變熒光（Fv），并計(jì)算光系統(tǒng)II（photosystem II，PSII）的最大量子產(chǎn)額（Fv/Fm）、最大光合潛能（Fv/Fo）、電子傳輸活性（Fm/Fo）。測(cè)定時(shí)間為08：00—11：30，每個(gè)處理設(shè)3 次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS 7.05 進(jìn)行二因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel 2007 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和制作圖表。

2 結(jié)果和分析

2.1 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜生長(zhǎng)的影響

干旱和鹽脅迫引起了冰菜生長(zhǎng)上的差異，由表2～3 可知，與CK 相比，處理D 顯著抑制了冰菜的地上部鮮質(zhì)量，處理DS 顯著抑制了冰菜的株高，處理S 顯著增加了冰菜的莖粗，為CK 的1.23倍，且極顯著增加了株幅、分枝數(shù)和地上部鮮質(zhì)量，分別為CK 的1.67 倍、14.15 倍和1.97 倍；各處理間的根冠比均無(wú)顯著差異。說(shuō)明處理S 的冰菜長(zhǎng)勢(shì)最好。土壤干旱水平顯著影響冰菜株高、株幅、分枝數(shù)和地上部鮮質(zhì)量，對(duì)莖粗、地下部鮮質(zhì)量和根冠比的影響不顯著；土壤鹽分水平顯著影響冰菜株幅、分枝數(shù)和地上部鮮質(zhì)量，對(duì)株高、莖粗、地下部鮮質(zhì)量和根冠比的影響不顯著；冰菜的株幅、莖粗、分枝數(shù)和地上部鮮質(zhì)量受干旱和鹽分互作的影響。

表2 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜農(nóng)藝性狀的影響

表3 旱鹽互作對(duì)冰菜農(nóng)藝性狀影響的方差分析

2.2 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜生理特性的影響

由表4～5 可知，與CK 相比，各處理均引起冰菜POD、CAT、APX 活性和Pro、MDA 含量增加，說(shuō)明各處理均增加了冰菜葉片抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)能力、細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度。D 處理極顯著增加冰菜葉片CAT 活性和Pro 和MDA 含量，分別為CK 的2.57 倍、7.14 倍、4.84 倍，說(shuō)明D 處理引起冰菜葉片細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化最嚴(yán)重。S 處理極顯著增加了冰菜葉片CAT 活性，為CK 的4.3 倍。DS 處理極顯著增加了冰菜葉片POD、CAT、APX 活性和Pro含量，分別為CK 的2.20 倍、7.27 倍、8.41 倍、4.88 倍，說(shuō)明DS 處理更能增強(qiáng)冰菜的自我修復(fù)功能。土壤干旱和鹽分水平顯著影響冰菜的POD、CAT、APX 活性和Pro、MDA 含量；除POD 活性外，CAT、APX活性和Pro、MDA 含量受干旱和鹽分互作的影響。

表4 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜生理特性的影響

2.3 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜光合氣體交換參數(shù)的影響

由圖1 和表6 可知，冰菜干旱和鹽脅迫處理35 d 后，與CK 相比，D 處理冰菜葉片Pn、Tr和Gs較CK 極顯著降低73.9%、55.7%和46.8%。S 處理冰菜葉片Pn較CK 顯著提高52.6%，Tr和Gs較CK 極顯著提高168.9%和205.0%，說(shuō)明鹽脅迫增強(qiáng)冰菜葉片的光合作用。DS 處理冰菜葉片Tr和Gs較CK顯著降低24.6%和27.2%。D、S、DS 處理冰菜葉片Ci均較CK 顯著提高41.3%、41.7%和46.2%。土壤干旱和鹽分水平顯著影響冰菜Pn、Tr、Gs、Ci；除Pn外，冰菜Tr、Gs、Ci受干旱和鹽分互作的影響顯著。

圖1 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜光合氣體交換參數(shù)的影響

表6 旱鹽互作對(duì)冰菜光合特性影響的方差分析

2.4 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表6 和表7 可知，土壤干旱水平顯著影響冰菜Fv/Fm、Fv/Fo，對(duì)Fm/Fo不顯著；鹽分水平顯著影響冰菜Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo，但旱鹽互作對(duì)冰菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)無(wú)顯著影響。與CK 相比，D 處理冰菜葉片F(xiàn)v/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo較CK 降低3.1%、7.2%、4.8%，說(shuō)明D 處理抑制了冰菜光合作用。S 處理Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo較CK 增加1.5%、19.6%、3.7%，說(shuō)明最大量子產(chǎn)額、最大光合潛能和電子傳輸活性較強(qiáng)。DS 處理Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo與CK 差異不顯著，說(shuō)明冰菜在NaCl 作用下通過(guò)調(diào)節(jié)光合作用來(lái)適應(yīng)干旱逆境。

表7 干旱和鹽脅迫對(duì)冰菜葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫和鹽脅迫在一定意義上都屬于滲透脅迫，鹽脅迫還存在鹽離子毒害作用[12]，這兩種脅迫既相似又存在差異，目前已有對(duì)一些植物進(jìn)行了單一脅迫和雙重脅迫的研究分析[13-14]。干旱和鹽脅迫均引起了植物生長(zhǎng)、生理代謝、光合特性參數(shù)的變化。

從生長(zhǎng)方面，Levitt[15]認(rèn)為生物量是植物對(duì)鹽脅迫反應(yīng)的綜合體現(xiàn)，也是體現(xiàn)植物耐鹽性的直接指標(biāo)之一。在本試驗(yàn)中，D 處理顯著抑制了冰菜的地上部鮮質(zhì)量，說(shuō)明D 處理對(duì)冰菜抑制明顯。S 處理顯著增加了冰菜的莖粗，極顯著增加了株幅、分枝數(shù)、地上部鮮質(zhì)量，明顯加速了冰菜的生長(zhǎng)，這與徐微風(fēng)等[3]和李廣魯?shù)萚4]的研究結(jié)果一致，適量鹽脅迫促進(jìn)冰菜生長(zhǎng)發(fā)育。處理DS 冰菜地上部鮮質(zhì)量與CK 無(wú)顯著差異，說(shuō)明旱鹽互作降低了干旱對(duì)冰菜生長(zhǎng)脅迫影響的程度。

在生理代謝方面，當(dāng)植物受到干旱、鹽脅迫時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列生理生化代謝物變化，包括細(xì)胞抗氧化酶、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物的變化。POD、CAT、APX 均具有清除H2O2毒害的作用[16]；當(dāng)植物生理性缺水時(shí)，植物體內(nèi)Pro 含量增加，可以防止細(xì)胞脫水，降低有毒離子含量[17]；逆境條件下植物產(chǎn)生的MDA 含量高，說(shuō)明植物細(xì)胞膜質(zhì)過(guò)氧化程度高，細(xì)胞膜受到的傷害嚴(yán)重[18]。在本試驗(yàn)中，各處理均引起冰菜葉片抗氧化酶（POD、CAT、APX）活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（Pro）、膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物（MDA）含量提高，其中，D 處理冰菜葉片的POD、CAT、APX活性雖提高，對(duì)清除活性氧起到一定作用，但MDA對(duì)冰菜細(xì)胞膜產(chǎn)生的毒害影響更大，影響冰菜生長(zhǎng)。DS 處理極顯著提高冰菜葉片POD、CAT、APX 活性和Pro 含量，說(shuō)明旱鹽互作更能增強(qiáng)冰菜自我修復(fù)功能。

在光合特性方面，光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)[19]，光合氣體交換參數(shù)Pn、Tr、Gs、Ci反映光合作用的表觀(guān)性，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo、Fm/Fo更能反映光合作用的內(nèi)在變化[20]，葉綠素?zé)晒馐且环N用來(lái)研究植物的光合作用的非損傷探針[21]。冰菜作為兼性CAM 植物，與C3和C4光合途徑對(duì)比，CAM 將水的利用率提高了5 倍[22]。單一干旱脅迫不能誘導(dǎo)冰菜產(chǎn)生CAM 途徑[23]，但干旱耦合鹽脅迫能夠誘導(dǎo)冰菜產(chǎn)生CAM 途徑[1]。在本試驗(yàn)中，D 處理冰菜的光合作用受到極顯著抑制，降低了葉片Pn、Gs和Tr，也降低了冰菜PSII 原初光能轉(zhuǎn)化效率和潛在活性。S 處理顯著增強(qiáng)了冰菜的光合作用，DS 處理冰菜Pn、Fv/Fm、Fv/Fo和Fm/Fo與CK無(wú)顯著差異，說(shuō)明冰菜在NaCl 作用下通過(guò)調(diào)節(jié)光合作用來(lái)適應(yīng)干旱逆境，這與黃瑋等[24]和陳成升等[25]的研究結(jié)論類(lèi)似。氣孔是植物與外界環(huán)境進(jìn)行水分和CO2交換的重要通道[26]，F(xiàn)arquhar 等[27]提出，若Ci隨Gs的降低而降低則為氣孔限制，若Gs降低而Ci不變或上升則為非氣孔限制，筆者的試驗(yàn)中，D、DS 處理冰菜葉片的Gs較CK 下降，但Ci較CK 上升，說(shuō)明非氣孔限制是冰菜葉片Pn下降的主要原因。

綜上所述，與對(duì)照（60%土壤持水量）相比，鹽脅迫（60%土壤持水量，0.6%土壤含鹽量）下冰菜生長(zhǎng)最佳。旱鹽互作對(duì)冰菜在NaCl 作用下通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及光合效能來(lái)適應(yīng)干旱逆境，表現(xiàn)出一定的適應(yīng)性。本試驗(yàn)結(jié)果為冰菜規(guī)范化栽培提供了理論依據(jù)。