信龙飞， 谷彩花， 张艳玲， 刘红云， 管志昊， 张 莉(信阳农林学院农学院， 河南 信阳 464000)

土壤盐碱化严重影响生态环境，是阻挡土壤可持续利用的主要问题之一。我国盐渍化土壤面积约为9 913万hm2，主要集中在我国的东北，华北和西北内陆地区以及长江以北的沿海区域[1]。土壤盐碱化造成土地肥力下降甚至丧失，随着化肥和农药的广泛使用，农田不合理灌溉，栽培管理措施不当等，土壤盐碱化的问题也日益严重，已经成为制约农业可持续发展的重要因素[2]。研究表明，植物种子萌发阶段是植物生长的关键时期[3]，种子出苗的质量决定植株后期的生长状况，盐胁迫是影响种子发芽时间、发芽率、出苗率的主要因素之一。幼苗期是植物对外界逆境胁迫非常敏感的时期，过量的盐会引起光系统结构和功能的改变，光合作用往往也受到抑制，从而导致其生产力下降，但不同植物对盐胁迫耐受性表现不同[4-5]。光合作用是植物最基本且非常重要的生理代谢之一，光系统是进行光吸收的功能单位，光合作用的强弱和光系统的稳定性对植物生长、产量及其抗逆性都具有十分重要的影响，生产上常将其作为植物生长和抗逆性的指标[6]。因此，研究盐胁迫对植物种子萌发及幼苗光合特性的影响，对耐盐植物的选择和应用具有重要的生产指导意义。

桔梗(Platycodongrandiflorum(Jacq.) A. DC.)为桔梗科桔梗属多年生草本植物，是一种药食同源型植物，具有很高的经济价值，其根可入药，具有消炎、抗肿瘤、降血糖、降血脂、镇静、解热等功效，也可作观赏花卉。桔梗是常用大宗药材，市场需求量逐渐增加，人工栽培面积也日益增大。目前关于桔梗的研究多集中在种子萌发[7-8]、抗逆性[9-10]、化学成分[11]等方面，尽管前人对盐胁迫条件下桔梗种子萌发和生理特性进行了相关研究[12-13]，但是很少从光合系统入手探究盐胁迫下桔梗的光合调节机制。因此，本研究以桔梗为试验材料，设置不同浓度NaCl处理，研究桔梗在不同浓度盐胁迫下的种子萌发特性和幼苗光合特性变化，为桔梗在盐碱化土壤上推广栽培和耐盐机制的研究提供依据。

1.1 试验材料

桔梗种子采自信阳农林学院的药用植物园，经自然干燥后避光保存。

1.2 试验设计

1.2.1盐胁迫对桔梗种子萌发的影响

采用培养皿发芽法，在培养皿内放置双层滤纸，随机挑选大小一致、饱满的桔梗种子，用75%乙醇溶液消毒5 min，蒸馏水清洗干净。每个培养皿中均匀摆放50粒桔梗种子，将浓度为0、25、50、100、200、300、400 mmol/L的NaCl溶液依次加入培养皿内，每个处理3个重复，将培养皿置于人工气候室。每天统计桔梗种子的发芽情况，当种子露出胚根或胚芽时，开始记录种子胚根和胚芽的长度，连续观察记录至第15天。

1.2.2盐胁迫对桔梗幼苗生长和光合特性的影响

采用盆栽的方法，将桔梗种子均匀播种于花盆内。将花盆置于人工气候室，光照强度200 μmol/(m2·s)，光照/黑暗时间为14 h/10 h，昼夜温度为28 ℃和20 ℃，相对湿度为70%。待幼苗长至4片叶时，将0、25、50、100、200、300、400 mmol/L的NaCl溶液分别倒入花盆内，每处理10株，3次重复。处理15 d时，取样测定相关指标。

1.3 测定项目与方法

1.3.1发芽指标、胚芽、胚根的测定

根据统计的发芽数计算发芽势、发芽率、相对发芽势和相对发芽率[14]，计算公式如下：

发芽势(%)=(第10天发芽种子数/供试种子总数)×100%；

发芽率(%)=(第14天发芽种子数/供试种子总数)×100%；

相对发芽势(%)=(处理发芽势/对照发芽势)×100%；

相对发芽率(%)=(处理发芽率/对照发芽率)×100%；

用电子游标卡尺测定种子的胚芽长和胚根长。

1.3.2生物量和含水量的测定

取长势一致的桔梗幼苗，将幼苗分地上部分和地下部分，分别测定其鲜重，再置于105 ℃烘箱中杀青15 min，60 ℃烘干至恒重，分别测定干重，计算植株的含水量。

1.3.3叶绿素含量和光合参数的测定

叶绿素含量的测定参照侯福林[15]的方法；
光合参数的测定在09：00—11：00时进行，使用便携式光合仪TARGAS-1测定植株净光合速率(Pn)、叶片气孔导度(Gn)、细胞间隙CO2浓度(Ci)等，计算气孔限制值(Ls)，Ls=(Ca-Ci)/Ca，其中Ca为大气CO2浓度。

1.3.4叶绿素荧光参数的测定

使用植物效率分析仪Handy PEA测定桔梗幼苗叶绿素荧光参数[16]。测定前将叶片置于叶夹中，暗适应30 min，用弱测量光测得叶片的初始荧光(Fo)，随后打开饱和脉冲测得叶片的最大荧光(Fm)，计算Fv/Fm和Fv/Fo。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2016软件进行数据整理，SPSS 22.0软件进行显著性分析。

2.1 盐胁迫对桔梗种子萌发的影响

表1显示，随NaCl浓度的升高，桔梗种子的发芽势、相对发芽势、发芽率和相对发芽率均呈下降的趋势。NaCl浓度为25、50 mmol/L时，发芽势、相对发芽势、发芽率和相对发芽率较对照稍有下降，但无显著差异(p>0.05)。在NaCl浓度为200、300、400 mmol/L处理下，发芽势、相对发芽势、发芽率和相对发芽率较对照显著降低(p<0.05)，其发芽势和发芽率分别比对照下降了66.67%、86.67%、97.78%和47.52%、71.29%、92.57%。说明低浓度盐胁迫对桔梗种子萌发抑制作用不明显，随着盐胁迫浓度的升高，其对桔梗种子萌发产生的盐害作用增大，抑制作用增强。

表1 盐胁迫下桔梗种子的发芽指标Table 1 Seed germination indexes of P. grandiflorum under salt stress

2.2 盐胁迫对桔梗种子胚芽长和胚根长的影响

由图1可看出，桔梗种子胚芽伸出的起始时间随着NaCl浓度的增加而延迟。正常条件下，桔梗种子第6天时胚芽开始伸出，当NaCl浓度为25、50、100 mmol/L时，胚芽伸出的起始时间为第7～9天，尤其是NaCl浓度增加至200、300、400 mmol/L时，胚芽伸出的起始时间为第12天。第15天时，对照的桔梗种子胚芽长为3.83 mm。与对照相比，盐胁迫处理的胚芽增长速度呈下降的趋势。在第6～10天，NaCl浓度为25、50 mmol/L处理的胚芽长明显低于对照，而第10天之后，其胚芽长逐渐接近对照，第15天时的胚芽长分别为3.92 mm和3.90 mm；
而NaCl浓度为300、400 mmol/L处理的胚芽的增长较为缓慢，在第15天时，其胚芽长只有1.53 mm和0.12 mm，分别比对照减少了60.14%和96.98%。由此可见，低浓度的盐胁迫对桔梗种子萌发后期胚芽的生长影响较小，而高浓度的盐胁迫会明显延迟胚芽伸出的起始时间，并严重抑制胚芽的生长。

图1 盐胁迫对桔梗胚芽长的影响Fig.1 Effects of salt stress on plumule length of P. grandiflorum

由图2可知，正常条件下，桔梗种子第5天时开始长出胚根，25、50 mmol/L NaCl处理的胚根伸出时间与对照相同，100、200、300、400 mmol/L NaCl处理导致胚根伸出时间推迟，分别为第6、6、8、11天。随着萌发时间的延长，NaCl浓度为25、50 mmol/L处理的胚根长与对照差距较小，第15天时，其胚根长稍高于对照，分别为11.32 mm和11.41 mm；
NaCl浓度为100、200 mmol/L时，第15天时的胚根长分别较对照减少7.64%和36.06%；
NaCl浓度为300、400 mmol/L处理的胚根增长缓慢，第15天时，胚根长只有2.45 mm和0.52 mm，明显低于对照。这说明低浓度盐胁迫对桔梗种子胚根生长抑制作用较小，而当浓度升高时，盐胁迫对胚根的生长将产生明显的抑制作用，盐浓度越高，抑制作用越强。

图2 盐胁迫对桔梗胚根长的影响Fig.2 Effects of salt stress on radicle length of P. grandiflorum

2.3 盐胁迫对桔梗幼苗植株含水量的影响

由图3可以发现，正常条件下，桔梗幼苗植株含水量最大，为78.49%。随着盐浓度的增加，植株含水量呈逐渐下降的趋势。与对照相比，25、50 mmol/L NaCl处理的植株含水量下降幅度较小，差异不显著(p>0.05)；
NaCl浓度为100、200、300、400 mmol/L时，植株含水量分别下降了3.52%、4.62%、6.93%、8.82%，均与对照存在显著差异(p<0.05)。这表明，在较低浓度盐胁迫下，桔梗幼苗植株体内的水分能保持相对平衡的状态，而高浓度的盐胁迫会造成植株根系吸收困难，打破植株吸水和失水的动态平衡，从而导致植株含水量降低。

2.4 盐胁迫对桔梗幼苗生物量的影响

表2显示，与对照相比，NaCl处理后，桔梗幼苗生物量减少，不同浓度的NaCl处理，其生物量减少幅度不同。25、50 mmol/L NaCl处理对桔梗幼苗地上部干重、根干重、整株干重的变化影响较小，与对照差异不显著(p>0.05)。随着盐胁迫浓度的增高，桔梗幼苗生物量呈明显的下降趋势。尤其是当NaCl浓度增至300、400 mmol/L时，桔梗幼苗地上部干重、根干重、整株干重急剧下降，分别较对照减少了33.71%、55.01%、48.08%和43.82%、66.94%、59.41%，且均与对照存在显著差异(p<0.05)。这说明高浓度的盐胁迫会显著抑制桔梗幼苗地上部和根系生物量的积累，导致植株生物量下降。

注：图中不同字母表示在0.05水平上差异显著。下同。图3 盐胁迫对桔梗幼苗植株含水量的影响Fig.3 Effects of salt stress on water content of P. grandiflorum seedlings

表2 盐胁迫对桔梗幼苗生物量的影响Table 2 Effects of salt stress on the biomass of P. grandiflorum seedlings

2.5 盐胁迫对桔梗幼苗叶绿素含量的影响

由表3可知，随着NaCl浓度的升高，桔梗幼苗叶片叶绿素含量先升高后降低。NaCl浓度为25 mmol/L处理的叶绿素含量最高，其他浓度盐胁迫处理的叶绿素含量均不同程度地低于对照。当NaCl浓度为100、200、300、400 mmol/L时，其叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、总叶绿素含量明显下降，总叶绿素含量分别比对照降低了33.33%、35.38%、48.09%、69.18%，与对照均存在显著差异(p<0.05)，同样桔梗幼苗叶绿素a/b随着NaCl浓度的增加先升高后降低，当NaCl浓度为50 mmol/L时，叶绿素a/b最高，与对照差异不显著(p>0.05)。当NaCl浓度为200、300、400 mmol/L时，叶绿素a/b分别较对照降低11.18%、30.96%、36.48%，与对照均存在显著差异(p<0.05)。表明，低浓度盐胁迫可引起桔梗幼苗叶绿素含量的升高，高浓度盐胁迫则会导致桔梗幼苗叶绿素降解，叶绿素含量降低，进而影响植株光合效率。

表3 盐胁迫对桔梗幼苗叶绿素含量的影响Table 3 Effects of salt stress on chlorophyll content of P. grandiflorum seedlings

2.6 盐胁迫对桔梗幼苗光合作用的影响

由图4可知，盐胁迫不同程度地影响桔梗幼苗叶片光合作用的强弱。随着盐浓度的升高，桔梗叶片Pn呈逐渐下降的趋势。与对照相比，NaCl浓度为25、50 mmol/L处理的Pn下降，但差异不显著(p>0.05)；
其他处理的Pn较对照分别降低36.60%、74.74%、86.94%、95.30%，达到显著差异(p<0.05)。盐胁迫下桔梗叶片Gs呈先升高后下降的趋势，NaCl浓度为25 mmol/L处理的Gs最大，比对照高9.26%，但差异不显著(p>0.05)，其他处理的Gs均显著低于对照(p<0.05)。

图4 盐胁迫对桔梗幼苗光合作用的影响Fig.4 Effects of salt stress on photosynthesis of P. grandiflorum seedlings

桔梗叶片Ci随着盐胁迫浓度的增加先下降后升高。与对照相比，NaCl浓度为25、50 mmol/L处理的Ci下降，NaCl浓度为100 mmol/L处理的Ci升高，这三组处理均与对照不存在显著差异(p>0.05)；
NaCl浓度为200、300、400 mmol/L时，Ci较对照显著升高(p<0.05)。与Ci的变化相反，Ls随着盐胁迫浓度的增加先升高后降低。NaCl浓度为25、50 mmol/L时，Ls增大，比对照增加1.24%、4.61%，不存在显著差异(p>0.05)；
随着NaCl浓度的升高，Ls较对照显著降低(p<0.05)，尤其是NaCl浓度为300、400 mmol/L时，Ls为0.34和0.25。试验结果显示，低浓度盐胁迫下桔梗叶片光合参数变化较小，高浓度盐胁迫会导致Gs和Ls减小，Ci升高，光合速率下降。

2.7 盐胁迫对桔梗幼苗叶绿素荧光的影响

Fv/Fm是PSⅡ反应中心最大光化学量子产量，反映光反应中心PSⅡ的潜在活性与原初光能转化效率，Fv/Fo表示PSⅡ反应中心潜在光化学效率。由图5可以看出，随着盐胁迫浓度的升高，桔梗叶片Fv/Fm和Fv/Fo均呈下降趋势。当NaCl浓度为25、50 mmol/L时，Fv/Fm和Fv/Fo下降缓慢。当NaCl浓度增加至为100、200、300、400 mmol/L时，Fv/Fm和Fv/Fo出现较为迅速的下降，Fv/Fm分别比对照降低了1.88%、3.67%、4.34%、6.94%，Fv/Fo分别比对照降低了9.54%、17.31%、19.94%、29.05%，均与对照差异显著(p<0.05)。结果表明，高浓度的盐胁迫减弱了桔梗幼苗叶片PSⅡ原初光能转化效率和潜在光化学效率，导致桔梗幼苗PSⅡ活性中心受到损害，破坏植株叶片光合器官的生理状态。

图5 盐胁迫对桔梗幼苗叶绿素荧光的影响Fig.5 Effects of salt stress on chlorophyll fluorescence of P. grandiflorum seedlings

发芽率和发芽势是衡量种子生活力和发芽能力的重要指标。本试验中，25、50 mmol/L盐胁迫下桔梗种子的发芽势、发芽率、相对发芽势和相对发芽率与对照差异不显著，萌发早期其胚芽长和胚根长略低于对照，但随着时间的延长，其长度逐渐接近甚至高于对照，这表明低浓度盐胁迫对桔梗种子发芽能力影响不显著。当NaCl浓度高于100 mmol/L时，桔梗种子发芽势和发芽率显著下降，随着盐胁迫浓度的升高，发芽势和发芽率均呈逐渐降低趋势，种子开始发芽的时间明显延迟，胚芽和胚根增长速度减慢。说明高浓度盐胁迫抑制桔梗种子的发芽能力、阻碍胚芽和胚根的生长、推迟发芽时间，该结果与高昆，韦加幸[17]在锦灯笼和师东，张爱勤[18]对补血草的研究结果一致。何学青等[19]研究认为，高浓度盐胁迫抑制种子萌发原因有两个，一是渗透作用，即外部环境为低渗溶液时，种子吸水膨胀，种子外部环境为高浓度盐溶液时，则种子吸水困难；
二是离子毒害，高浓度的盐离子会随着渗透作用进入种子，产生毒害作用，破坏种子内部结构，影响种子萌发。

盐胁迫对植物生长发育和生理生化的影响表现在很多方面，尤其对光合作用的影响最为显著[20]。叶绿素是光合作用的光能捕获物质基础，其含量高低在一定程度上能反映植物光合作用的强弱[21]。盐胁迫下植株叶片的叶绿素含量降低，可能是由于盐胁迫后，叶绿体色素合成酶活性降低，叶绿素酶活性增强，叶绿素合成受阻而分解加快，导致叶绿素含量下降[22]。越来越多的研究发现，盐胁迫条件下，植物叶片的叶绿体结构易遭受破坏，引起了叶绿体功能的紊乱，影响叶绿素的稳定和光合作用的正常进行[23]。本实验结果表明，25 mmol/L盐胁迫能使桔梗叶片叶绿素含量升高，随着盐浓度的继续增加，叶绿素含量显著降低，这与前人的研究结果一致[24-25]。轻微盐胁迫引起叶绿素含量增加，可能与植株的含水量下降有关。试验还发现，随着盐浓度的升高，桔梗叶片叶绿素a/b显著下降，表明叶绿素a的降解速度要快于叶绿素b，这将直接阻碍叶绿素对光能的转换吸收和光化学反应。

Ca等[26]研究表明，植物叶片光合速率下降的主要原因是气孔限制和非气孔限制。气孔是植物叶片与外界气体交换和向外界散失水分的主要通道，是影响植物光合作用的重要因素之一。光合速率下降是否与气孔限制有关，要根据Gs和Ci的变化综合判断。本试验中，随着盐浓度的升高，桔梗幼苗叶片Pn逐渐下降，生物量的积累不断减少。盐胁迫浓度为25、50 mmol/L处理时，桔梗叶片Gs和Ci同时下降。说明轻度盐胁迫下桔梗Pn的降低主要是受气孔限制的影响，这可能是由于盐胁迫引起了渗透胁迫，使气孔关闭，阻碍环境CO2进入叶肉细胞，最终导致光合进程受阻，光合速率下降。而盐胁迫浓度高于100 mmol/L时，桔梗叶片Pn、Gs、Ls迅速下降，而Ci并没有下降，反而明显高于对照，说明高浓度盐胁迫下桔梗Pn的降低主要是受非气孔限制的影响，这可能是由于高盐胁迫下细胞中积累了过量盐离子，破坏了叶绿体结构，最终导致叶肉细胞同化CO2的能力减弱，使Ci浓度升高，该结果与水稻上的研究相似[27]。

逆境胁迫会对植物的叶绿体光合机构造成损伤，降低PSⅡ反应中心原初光能转换效率和潜在光化学效率，从而导致植物光合特性的改变[20]。叶绿素荧光参数可以直接反映逆境胁迫对植物光能吸收、转化和电子传递的影响[28]。研究结果表明，当盐浓度为25、50 mmol/L时，桔梗幼苗Fv/Fm和Fv/Fo维持在较高的水平，说明低浓度盐处理下桔梗叶片PSⅡ反应中心受到的影响较小，光能转化效率未发生显著改变，也进一步证实低浓度盐胁迫下桔梗叶片光合速率的下降主要是由于气孔因素引起的。但当浓度高于100 mmol/L时，Fv/Fm和Fv/Fo开始显著下降，说明桔梗幼苗光合机构PSⅡ反应中心受到伤害，光合电子的传递受到限制，光化学电子传递效率和光能转换效率降低，导致过剩光能的积累并产生光抑制，进而限制光合作用的正常进行，这也是高浓度盐胁迫造成桔梗光合速率下降的重要原因之一，这与乌凤章[29]，孙文君等[30]的研究结果基本一致。

综上所述，盐胁迫下桔梗种子萌发和幼苗光合特性的综合表现表明，在25、100 mmol/L盐胁迫下桔梗种子发芽率、发芽势、幼苗生物量、叶片叶绿素含量、光合特性没有受到显著影响，表明其对低浓度盐胁迫具有一定的适应和耐受能力，此时气孔限制是影响桔梗光合作用的主要因素；
但当盐浓度高于100 mmol/L时，桔梗种子萌发能力、幼苗生物量积累、叶绿素含量、光合速率、光化学效率均显著降低，此时非气孔限制和PSⅡ光化学活性下降是影响光合作用的主要因素。

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