盐胁迫下棉花叶绿素荧光参数的变化

2014-06-28汪保华王亚峰

湖北农业科学 2014年7期

汪保华+王亚峰（等）

摘要：通过对比耐盐和盐敏感棉花材料在盐胁迫下的叶绿素荧光参数的变化，探究棉花在盐害下的自我保护机制及筛选鉴定棉花耐盐性的生理生化指标。以耐盐材料中棉所35和盐敏感材料中棉所12为试验材料，设置梯度分别为0（对照）、100、200、300及400 mmol/L的NaCl溶液处理四叶期的棉花幼苗，测定叶绿素荧光参数。结果表明，耐盐棉花材料和盐敏感棉花材料在叶绿素荧光参数变化趋势上具有明显差异。叶绿素荧光参数可作为鉴定棉花耐盐性的生理生化指标，进一步研究将综合其他多种生理生化指标构建数学模型，定量衡量棉花的耐盐性强弱。

关键词：棉花；叶绿素荧光参数；盐胁迫

中图分类号：Q945.78 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）07-1509-04

Variation of Chlorophyll Fluorescence Parameters of Cotton under Salt Stress

WANG Bao-hua1，2，WANG Ya-feng1，2，XIE Xiao-ling1，ZHU Xin-yu1，HUANG Fang1，XU Wen-fei1，

HUA Xu1，ZHAO Meng-jie1

（1. School of Life Science， Nantong University， Nantong 226019， Jiangsu， China；

2. State Key Laboratory of Cotton Biology， Anyang 455000， Henan， China）

Abstract： Chlorophyll fluorescence parameters of salt-tolerant and salt-sensitive cotton varieties under salt stress were studied to explore the self-protection mechanism of cotton under salt stress and to find physiological and biochemical indexes measuring salt tolerance level of cotton. A salt-resistant variety CCRI 35 and a salt-sensitive variety CCRI 12 were treated with water control， 100， 200， 300 and 400 mmol/L of salt water at the stage of 4 leaves and then the chlorophyll fluorescence parameters were detected. Significant differences of chlorophyll fluorescence parameters tendency between salt-tolerant and salt-sensitive cotton varieties were identified. Chlorophyll fluorescence parameters can be used as physiological and biochemical indexes to measure salt tolerance level of cotton. Further research will be focused on integrating multiple physiological and biochemical indexes and establishing a mathematical model for measuring salt tolerance level of cotton.

Key words： cotton； chlorophyll fluorescence parameters； salt stress

棉花耐盐性较强，是改良盐碱地较理想的先锋作物之一[1]。培育耐盐性强的棉花品种，能够充分利用耕地和缓解棉粮争地的矛盾。研究棉花在盐胁迫条件下的自我保护机制和对棉花耐盐性强弱的快速鉴定，是棉花育种中的重要环节之一。多年来，国内外围绕棉花耐盐机理、耐盐鉴定和提高耐盐性的途径等方面开展了大量研究，取得了多方面的进展[2，3]。

光合作用是植物最重要的生命活动之一，研究盐胁迫对光合作用的影响，有利于阐明盐胁迫对植物的伤害机制和提高作物的抗盐性。以光合作用理论为基础的叶绿素a荧光诱导动力学是探测和分析植物光合功能的重要手段，为研究PSII（光系统II）及其电子传递过程提供了丰富信息，常被用于探究植物光合生理状况及植物与逆境胁迫的关系[4]。植物在盐胁迫条件下，叶绿素含量通常会随着胁迫程度增加呈现下降趋势，这是因为NaCl能促进叶绿素酶的活性，使叶绿素分解，从而影响叶绿体的发育和光合作用中光能的吸收和转换的能力[5]。有报道称盐处理的植物叶片中Na+和Cl-大量积累，影响了植物对K+、Ca2+和Mg2+的吸收[6，7]，这种离子吸收的不平衡导致叶绿素降解加快，光系统结构被破坏，相关光合酶活性降低，光合速率下降[8]，其下降程度与植物的耐盐性有关[9]。

利用叶绿素荧光参数变化鉴定棉花幼苗相对耐盐性具有快速、简便、检测无损伤等优点，具有一定的实用价值[3]。本研究旨在揭示盐胁迫下的棉花叶绿素荧光参数生理活性的变化，从而探讨其作为鉴定棉花耐盐性指标的可能性。试验以典型的盐敏感材料中棉所12（以下简称中12）和耐盐材料中棉所35（以下简称中35）为研究对象，探讨不同盐浓度下棉花叶绿素荧光参数的变化，以期更深入地了解棉花耐盐性生理调节机理，以服务于棉花耐盐育种实践。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盐敏感材料中12和耐盐材料中35均由中国农业科学院棉花研究所国家棉花种质资源中期库提供。

1.2 叶绿素荧光参数的测定

1.2.1 棉花材料的准备取中35和中12两个棉花品种种子各40粒，先在水中浸泡12～24 h，然后采用双层滤纸发芽法进行种子发芽。具体操作如下：将滤纸用去离子水浸湿铺于培养皿中，然后取泡好的棉花种子均匀摆放在滤纸上，最后再用一张浸湿的滤纸盖在种子上，每天将上层滤纸适度喷湿，同时观察记录种子发芽情况。待棉花种子发芽以后，分别种植到装好营养土的纸杯（600～700 mL）中，放到培养箱中培养，每天浇等量的水。10 d以后，每个品种选取15株生长状况良好且相对一致的棉花幼苗，分成3组作为3次重复试验，每组5株。

待棉花长出4片真叶以后，每个品种取每组的其中1株作为空白对照，其他4株作为试验组，每组棉花分别用清水（对照）以及100、200、300及400 mmol/L的NaCl溶液浇灌，一天浇1次，每次浇水量为60 mL。盐胁迫处理10 d后，在同一时刻，每组棉花苗取同一位置的叶片，测定叶绿素荧光参数。

1.2.2 叶绿素荧光相关参数和抗氧化酶活性测定方法叶绿素荧光参数采用德国WALZ公司超便携式调制叶绿素荧光仪MINI PAM测定。具体参数包括盐胁迫下棉花的叶绿素最小荧光F0、最大光量子产量Fv/Fm、实际光量子产量ФPSⅡ、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ。

2 结果与分析

本研究中，中12是盐敏感材料，中35是耐盐材料。以清水为空白对照，分别使用100、200、300及400 mmol/L的NaCl溶液胁迫处理，分别检测叶绿素最小荧光F0、最大光量子产量Fv/Fm、实际光量子产量ФPSⅡ、光化学淬灭系数qP、非光化学淬灭系数NPQ，其变化趋势分别如图1至图5所示。

由图1可知，耐盐性不同的两个棉花品种的 F0均随着盐胁迫程度的增加呈下降趋势。因为F0在一定程度上和色素含量呈线性关系，因此该结果表明盐胁迫会导致棉花色素含量明显降低。

最大光量子产量Fv/Fm代表PSⅡ原初光能转化效率，是反映光抑制的可靠指标， Fv/Fm越低证明其发生光抑制的程度越高[10，11]。由图2可知，中12在NaCl 0～300 mmol/L浓度范围内Fv/Fm随浓度升高呈上升趋势，说明在该浓度范围内中12仍具有较大光合作用的潜力；而中35在该浓度范围内变化趋势平缓，说明耐盐品种中35处于较为稳定的生理状态，盐胁迫对其伤害较小。当盐浓度超过300 mmol/L时，两品种Fv/Fm均急剧下降，表明超过该浓度时，两个棉花品种生长均受到极大影响。

ФPSII指的是PSII 实际光化学效率，反映PSII反应中心部分关闭情况下的实际原初光能捕获效率[12]。在实际光量子产量ФPSⅡ随盐浓度升高的变化曲线（图3）中，中12先上升，当盐浓度大于100 mmol/L后持续下降；而中35则呈先降后升再下降的趋势，在盐浓度大于300 mmol/L后持续下降，说明虽然盐敏感材料中12的Fv/Fm较中35大，但在实际环境中，盐敏感品种光合作用效率低于最大光合作用效率，推测可能是盐胁迫使光合作用系统中某种物质含量或者活性降低，却不影响其光合作用的能量转换为荧光和热。

qP为光化学淬灭系数，其反映的是PSII吸收的光能用于光化学电子传递的份额。qP 愈大，即PSII的电子传递活性愈大。盐敏感品种中12的qP在盐浓度为100 mmol/L时达到最大值，而耐盐品种中35的qP在盐浓度为300 mmol/L时达到最大值，而后逐渐降低（图4），表明盐胁迫达一定水平时均会降低叶片光合作用电子传递的能力，PS II反应中心光能利用效率受到一定损害，而耐盐品种耐受的盐浓度高于盐敏感品种。

非光化学淬灭系数NPQ的变化反映热耗散的变化，前人研究表明该指标通常随盐浓度的增大而增大[12]。由图5可知，两个棉花品种的NPQ在不同浓度的盐处理下呈现波动性变化，耐盐品种中35的NPQ在100 mmol/L时达到峰值，随后下降，在200 mmol/L后持续上升，但增幅较缓。盐敏感品种中12的NPQ则在100 mmol/L时下降到低谷，随后上升，且增幅较大，在盐浓度达到300 mmol/L时上升至最大值，之后持续下降，可能植株已受到严重损害，不能维持正常的生理机能。

3 小结与讨论

植物耐盐性评价的生理生化指标鉴定是通过测定植株体内的生化物质含量或活性的变化来区分作物的耐盐程度，因为这些物质是盐胁迫的直接产物或受到直接影响，很可能与耐盐机制具有密切关系。光合作用、叶绿素含量、叶绿素荧光参数、有机渗透调节剂、矿质元素、膜透性和抗氧化酶类及内源激素等生理指标均能在一定程度上反映或影响植物的耐盐性[9-11，13-15]。朱新广等[16]和卢元芳等[17]对盐胁迫下植物的光合作用进行研究，认为光合作用以气孔限制为主；张华新等[18]对11个树种的叶绿素进行盐胁迫研究，认为盐害在不同程度上会降低叶绿素含量；彭方仁等[10]研究了盐胁迫对5个树种幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响，发现总体上各叶绿素荧光参数均随盐浓度的提高而逐渐减小；而王仁雷等[19]和汪月霞等[4]认为盐胁迫下叶绿素呈先上升后下降的趋势。前人研究在指标的选择依据上并没有确切定论[20]。本研究结果表明，耐盐棉花材料和盐敏感棉花材料在叶绿素荧光参数变化趋势上具有明显差异，耐盐性鉴定不能使用单一指标，而应选取与耐盐性密切相关的多个指标进行综合评价，分析各指标所占的权重，获得种质耐盐性强弱的综合鉴定结果[21，22]。在棉花耐盐育种和耐盐机制研究中，目前测定的生理指标还没有统一标准，其结果只能作为参考。后续研究将结合多种耐盐性生理指标的特点，制定统一的测定标准，这对耐盐植物的筛选具有重要意义。

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