全 文 :王静静,张文鹏,徐当会.NaCl胁迫下钙对沙拐枣(Calligonum arborescens)株高及光合特性的影响[J].中国沙漠,2015,35
(1):0167-0174.[Wang Jingjing,Zhang Wenpeng,Xu Danghui.Influence of calcium on the plant height,photosynthesis,fluo-
rescence and chlorophyl content of Calligonum arborescens under NaCl stress[J].Journal of Desert Research,2015,35(1):0167
-0174.].doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2013.00453.
NaCl胁迫下钙对沙拐枣(Calligonum arborescens)
株高及光合特性的影响
收稿日期:2013-11-08;改回日期:2013-12-16
资助项目:国家自然科学基金项目(31370423,30900171);中国博士后科学基金特别资助项目(20100340)
作者简介:王静静(1989—),女,河南济源人,硕士研究生,主要从事植物生理生态研究。Email:wangj12@lzu.edu.cn
通讯作者:徐当会(Email:dhxu@lzu.edu.cn)
王静静,张文鹏,徐当会
(兰州大学 生命科学学院/草地农业生态系统国家重点实验室,甘肃 兰州730000)
摘要:研究了在NaCl胁迫下添加钙盐对沙拐枣(Calligonum arborescens)株高、净光合速率、PSII光化学效率、叶绿
素含量等的影响,探讨了外源钙盐对植物在NaCl胁迫下的缓解作用。结果表明:随着NaCl浓度的升高,在未添加
钙盐的情况下,植株的株高、净光合速率、Fv/Fm、叶绿素含量均呈下降趋势;8g·L-1 NaCl浓度时,添加CaCl2后植
株的净光合速率、Fv/Fm、叶绿素含量均高于同浓度Ca(NO3)2的处理,而16g·L-1 NaCl浓度时,Ca(NO3)2对
NaCl胁迫的缓解作用好于CaCl2;当钙浓度为5mM时CaCl2对应的植株高度高于Ca(NO3)2,当钙浓度为10、15、
20mM时Ca(NO3)2对株高的作用好。相对于生理指标而言,沙拐枣形态指标对 NaCl胁迫不敏感;钙对 NaCl胁
迫的缓解作用与NaCl浓度有关,即存在一个最佳的钠/钙比值,高过或低于这个比值,钙盐的缓解作用就会下降;
CaCl2和Ca(NO3)2对NaCl胁迫缓解作用取决于NaCl的浓度,当植物处于中等程度 NaCl胁迫时,CaCl2对生理胁
迫的缓解作用比Ca(NO3)2好,若植物所受NaCl胁迫程度比较严重,则Ca(NO3)2的缓解作用好。
关键词:NaCl胁迫;钙盐;沙拐枣(Calligonum arborescens);株高;光合速率;PSII光化学效率;叶绿素含量
文章编号:1000-694X(2015)01-0167-08 doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2013.00453
中图分类号:Q945.78 文献标志码:A
1 引言
盐胁迫是导致植物生长和生产力下降的主要原
因[1-2]。据统计,全球大约30%的灌溉地受到盐胁
迫。中国各类盐渍土面积为0.99亿hm2[3],干旱、
半干旱地区的盐胁迫问题更为严重。
盐渍土主要是由一系列可溶性盐组成,如
NaCl、Na2SO4、MgSO4、CaSO4、MgCl2、KCl、Na2
CO3等,每一种盐分含量过高都会引起盐胁迫[4]。
盐胁迫是由多种盐分导致的非生物胁迫,对 Na2
SO4和 NaCl两种盐分的已有研究比较多。Yang
等[5]指出,盐胁迫可被定义为中性盐(主要是 NaCl
和Na2SO4)的胁迫。Renault[6]通过对紫柳山茱萸
的研究发现,Na2SO4盐胁迫降低了植株茎的高度以
及生物量。Li等[7]通过对 NaCl和 Na2SO4胁迫下
苜蓿萌发、生长、光合等指标的研究,发现两种盐同
时存在能显著抑制苜蓿的正常生长。在研究罗勒
时,Tarchoune等[8]发现,添加NaCl或Na2SO4都能
抑制植物的干重、高度以及叶面积,且NaCl导致的
抑制作用强于Na2SO4对植物的抑制。本文主要研
究NaCl胁迫对植物的影响,因为NaCl是自然界土
壤中最主要的盐分[9-10]。NaCl胁迫严重影响多裂
骆驼蓬幼苗光合作用和叶黄素循环[11],使阿里木柑
橘根茎的Fv/Fm显著下降[12],降低了黄瓜的叶面
积、株高、重量、净光合速率等[13]。NaCl胁迫对沙
拐枣也会产生影响[14]。
有研究表明外施钙盐能缓解NaCl对植物的胁
迫。这在青钱柳[2]、亚麻籽[1]、二色补血草[15]上都
有报道。但是,并非添加钙浓度越高越好,在对小
麦[16]、紫铆[17]等的研究中发现,存在一个最适的钙
浓度,超过这个最适钙浓度,就会加重 NaCl胁迫。
Gaines等[18]发现不同的外源钙对NaCl胁迫下番茄
的影响不同。
沙拐枣(Calligonum arborescens)对沙漠和荒
第35卷 第1期
2015年1月
中 国 沙 漠
JOURNAL OF DESERT RESEARCH
Vol.35 No.1
Jan.2015
漠戈壁防风固沙具有重要作用,其花颜色鲜艳,可以
用来观赏,其根可以用来制药。前人对沙拐枣的研
究主要集中在种子萌发[19]、形态特征[20-22]、干旱胁
迫影响[23]、不同季节对渗透和抗氧化系统的影响[24]
等领域,而对沙拐枣受 NaCl胁迫的影响的研究甚
少,尤其是针对添加不同的外源钙对 NaCl胁迫下
沙拐枣影响的研究还未曾报道。本研究所要解决的
问题是:①外施钙盐能否缓解 NaCl胁迫对沙拐枣
的影响;②添加的外源钙是否存在浓度界限;③不同
的钙源对NaCl胁迫下沙拐枣的影响是否有差异。
针对以上问题,本文从植株的高度、净光合速
率、叶绿素荧光、叶绿素含量4个方面来研究,试图
为缓解沙拐枣受NaCl胁迫的问题提供理论依据和
指导。
2 材料与方法
2.1 材料及处理
试验于2013年3—8月在兰州大学的温室大棚
里进行。选用大小一致的一年生沙拐枣幼苗,2013
年3月20日开始定期对其进行浇水,使其适应一段
时间,幼苗发芽后于5月20日开始NaCl处理和钙
处理,5—6月,每10d进行1次处理,7-8月每7d
进行1次处理。参考Xu等[25]、Liang等[26]对沙拐
枣的研究及Khan等[1]、Yao等[2]对钙缓解NaCl胁
迫的研究设定试验:一组空白(不添加 NaCl和钙
盐,CK);4个 NaCl浓度(4、8、12、16g·L-1)和4
个CaCl2浓度(5、10、15mM和20mM)之间的正交
试验;2个NaCl浓度(8、16g·L-1;自然条件下,沙
拐枣需要缓解的NaCl胁迫,一般为中度NaCl胁迫
和重度NaCl胁迫,且通过设置这两个NaCl浓度梯
度可以初步比较不同钙盐的缓解作用在不同程度
NaCl胁迫下是否一样)和4个Ca(NO3)2浓度(5、
10、15、20mM)之间的正交试验;4个NaCl浓度(4、
8、12、16g·L-1)单独处理。每处理重复4次。
2.2 测定指标及方法
2.2.1 株高
用直尺测定植物地上部分的高度,作为株高。
2.2.2 净光合速率
在晴朗无风的天气下于09:00—11:00测量。测
定时,从每株植物上选取具有代表性的同化枝3~5
个,用便携式光合系统测定仪(Li-6400,LI-COR,美
国)测定,保证自然光垂直照射进叶室,使同化枝可
以完全接受到光照,等读数稳定后从系统上直接读
出净光合数值,读数重复6次。采集前面用来测定
光合的同化枝,并且用叶面积扫描仪测量同化枝的
面积,计算同化枝的净光合速率。
2.2.3 PSII光化学效率
用FMS-2荧光仪,与光合作用同步测定PSII
光化学效率(Fv/Fm),每次测定前先用夹子将同化
枝夹住,使暗适应30min,然后用荧光仪进行测定,
从设定好的程序中选择测定Fv/Fm的程序,从系统
上直接读出Fo、Fm、Fv/Fm等参数,其中Fv=Fm-
Fo。每次测定重复4次。
2.2.4 叶绿素含量
参照李合生等[27]的方法。称取剪碎混匀的同
化枝条0.2g左右,重复3次,放入研钵中,加入碳
酸钙和二氧化硅及3mL乙醇,研磨,直至匀浆,再
加乙醇10mL,继续研磨至组织变白。静置5min,
将提取液过滤到25mL棕色容量瓶中,并定容到刻
度线,最后用95%乙醇作为对照,测定提取液在
665、649、470nm下的吸光度,计算叶绿素的含量。
2.3 数据处理
用SPSS13.0对数据进行处理,LSD法进行差
异显著性分析。
3 结果与分析
3.1 株高
CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下株高的影响见
表1。
不加钙时,植株高度随 NaCl浓度的增加呈下
降趋势。5、10、20mM CaCl2浓度下,植株高度随
NaCl浓度的升高先升高后下降。当Ca(NO3)2浓
度相同时,植株高度随 NaCl浓度的增加而下降。
当NaCl浓度为4、8g·L-1时,植株高度均在20
mM CaCl2浓度时最小。当NaCl浓度为12、16g·
L-1时,植株高度随CaCl2浓度的增加先上升后下
降。当NaCl浓度一定时,植株高度随Ca(NO3)2浓
度的增加先上升后下降。
当 NaCl 浓 度 为 8 g·L-1 时,5 mM 的
Ca(NO3)2和CaCl2对植株的高度影响无显著差异,
861 中 国 沙 漠 第35卷
表1 CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下株高(cm)的影响
Table 1 Effects of CaCl2,Ca(NO3)2on plant height(cm)under NaCl stress
钙种类和钙浓度
/mM
NaCl浓度/(g·L-1)
0 4 8 12 16
CaCl2 0 64.67±0.58A 57.33±4.62Ba 59.33±0.58Bb 58.33±6.51Bb 50.67±2.52Ca
5 — 43.67±2.89Cb 53.00±1.73Bcd 63.16±1.04Aa 54.67±1.53Ba
10 — 54.45±1.35ABa 54.33 2.31ABc 56.17 1.04Abc 50.67 4.04Ba
15 — 43.33±2.89BCb 49.33±2.89Ad 47.00±3.46ABd 41.67±2.08Cb
20 — 38.33±3.06Cc 44.00±3.46Be 53.67±2.52Ac 41.67±0.58BCb
Ca(NO3)2 5 — — 50.33±0.58Acd — 35.33 1.15Bc
10 — — 67.67±1.16Aa — 52.67±4.62Ba
15 — — 59.33±0.58Ab — 44.33±1.16Bb
20 — — 51.56±2.52Acd — 42.00±5.00Bb
注:同行不同大写字母表示组间差异显著;同列不同小写字母表示组内差异显著(p<0.05)。
但是中浓度(10mM 和15mM)的Ca(NO3)2和高
浓度(20mM)Ca(NO3)2要比对应浓度的CaCl2对
植株高度的影响强。当NaCl浓度为16g·L-1时,
低浓度(5mM)Ca(NO3)2处理的植株高度显著低于
5mM的CaCl2处理的植株高度外,中浓度(10mM
和15mM)和高浓度(20mM)的Ca(NO3)2处理和
CaCl2处理之间无显著差异。
3.2 净光合速率
CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下净光合速率的
影响见表2。
不加钙时,净光合速率随 NaCl浓度的增加而
显著下降,由于胞间二氧化碳浓度(数据未给出)随
NaCl胁迫时间的延长呈上升的趋势,说明净光合速
率的下降是非气孔因素导致的。施加相同浓度
CaCl2时,净光合速率随NaCl浓度增加呈先上升后
下降的趋势;当Ca(NO3)2浓度相同时,不同 NaCl
浓度下的净光合速率之间无显著差异。
在低浓度(4g·L-1)NaCl下,净光合速率随
CaCl2浓度的增加而下降。在中浓度(8g·L-1和
12g·L-1)和高浓度(16g·L-1)NaCl下,净光合
速率随CaCl2浓度增加呈先上升后下降的趋势。当
NaCl浓度为8g·L-1时,净光合速率随Ca(NO3)2浓
度的增加先上升后降低;当NaCl浓度为16g·L-1
时,净光合速率随Ca(NO3)2浓度上升不断下降。
不同钙盐比较,8g·L-1 NaCl下,10mM 浓度
下的Ca(NO3)2处理的植物净光合速率和10mM
CaCl2下的净光合速率无明显差异,其余相同浓度的
钙盐下,施加Ca(NO3)2的植物净光合速率显著低
于CaCl2处理的植物净光合速率;16g·L-1 NaCl
下,Ca(NO3)2处理的植物净光合速率均显著高于同
浓度CaCl2处理的植物净光合速率。
表2 CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下净光合速率(μmol·m-2·s-1)的影响
Table 2 Effects of CaCl2,Ca(NO3)2on net photosynthesis(μmol·m-2·s-1)under NaCl stress
钙种类和
浓度/mM
NaCl浓度/(g·L-1)
0 4 8 12 16
CaCl2 0 11.54±0.03A 9.31±0.04Ba 9.05±0.21Cb 8.72±0.60Dc 8.37 0.04Eb
5 — 8.76±0.06Cb 9.39±0.04Ba 9.86±0.11Aa 8.56±0.04Cb
10 — 7.66±0.03Dc 9.50±0.28Ba 10.05±0.07Aa 9.22±0.02Ca
15 — 7.32±0.29Dd 8.62±0.02Bc 9.52±0.10Ab 7.84±0.11Cc
20 — 7.53±0.14Ccd 8.48±0.07Bc 9.38±0.06Ab 6.76±0.04De
Ca(NO3)2 5 — — 9.12±0.15Ab — 9.20±0.03Aa
10 — — 9.50±0.12Aa — 9.39±0.07Aa
15 — — 8.21±0.12Bd — 8.30±0.02Bb
20 — — 7.27±0.09Ae — 7.26±0.02Ad
注:同行不同大写字母表示组间差异显著;同列不同小写字母表示组内差异显著(p<0.05)。
961 第1期 王静静等:NaCl胁迫下钙对沙拐枣(Calligonum arborescens)株高及光合特性的影响
3.3 PSII光化学效率Fv/Fm
CaCl2、Ca(NO3)2对 NaCl胁迫下PSII光化学
效率Fv/Fm的影响见表3。
NaCl胁迫下,叶绿素荧光Fv/Fm随NaCl浓度
的增加而下降;相同CaCl2浓度下,叶绿素荧光Fv/
Fm随NaCl浓度的增加先上升后下降。5mM Ca
(NO3)2浓度下,16g·L-1 NaCl浓度的Fv/Fm小于
8g·L-1 NaCl浓度的 Fv/Fm 外,其他浓度 Ca
(NO3)2条件下,16g·L-1 NaCl浓度的Fv/Fm均明
显大于8g·L-1 NaCl浓度的Fv/Fm。
低浓度(4g·L-1)NaCl条件下,Fv/Fm 随
CaCl2浓度的增加而下降;中等浓度(8g·L-1和12
g·L-1)和高浓度(16g·L-1)NaCl条件下,Fv/Fm
随CaCl2浓度的增加先上升后下降。两个 NaCl浓
度(8g·L-1和16g·L-1)下,Fv/Fm均随 Ca
(NO3)2浓度的增加而显著下降。
不同钙盐比较,在8g·L-1 NaCl时,中浓度(10
mM和15mM)和高浓度(20mM)Ca(NO3)2处理的
植株Fv/Fm小于CaCl2处理的植株Fv/Fm;在16g·
L-1 NaCl时,15mM Ca(NO3)2处理的植株Fv/Fm显著
大于CaCl2处理的植株Fv/Fm。由于Fo(数据未给出)
在NaCl胁迫下呈上升趋势,说明此时光系统II反应中
心受到了破坏,从而导致Fv/Fm的下降,施加外源钙后
Fo在一定程度比不加外源钙要低,表明外源钙可在一
定范围内缓解NaCl胁迫,从而导致Fv/Fm的上升。
3.4 叶绿素含量
CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下叶绿素含量的
影响见表4。
表3 CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下PSII光化学效率Fv/Fm的影响
Table 3 Effects of CaCl2,Ca(NO3)2on photochemistry efficiency Fv/Fmof PSII under NaCl stress
钙种类和
浓度/mM
NaCl浓度/(g·L-1)
0 4 8 12 16
CaCl2 0 0.85±0.00A 0.84±0.00Aa 0.83±0.00Bb 0.82±0.00Bb 0.80±0.00Cb
5 — 0.82±0.00Bb 0.84±0.01Aa 0.84±0.01Aa 0.82±0.00Ba
10 — 0.82±0.00Bb 0.83±0.01ABb 0.83±0.00Aa 0.78±0.00Cb
15 — 0.80±0.00Cc 0.81±0.00Bbc 0.83±0.01Aa 0.72±0.00De
20 — 0.76±0.01Bd 0.78±0.01Ad 0.79±0.02Ac 0.73±0.00Cde
Ca(NO3)2 5 — — 0.83±0.00Aab — 0.82±0.02Ba
10 — — 0.73±0.01Be — 0.80±0.01Ab
15 — — 0.72±0.02Be — 0.76±0.01Ac
20 — — 0.66±0.02Bf — 0.74±0.02Ad
注:同行不同大写字母表示组间差异显著;同列不同小写字母表示组内差异显著(p<0.05)。
表4 CaCl2、Ca(NO3)2对NaCl胁迫下叶绿素含量(mg·g-1)的影响
Table 4 Effects of CaCl2,Ca(NO3)2on chlorophyl content(mg·g-1)under NaCl stress
钙种类和
浓度/mM
NaCl浓度/(g·L-1)
0 4 8 12 16
CaCl2 0 0.62±0.01A 0.43±0.02Ba 0.24±0.01Cg 0.22±0.01Cd 0.22±0.01Ce
5 — 0.32±0.00Cb 0.34±0.01Bb 0.42±0.00Ab 0.32±0.01Cc
10 — 0.27±0.01Dc 0.43±0.00Ba 0.53±0.00Aa 0.37±0.01Ca
15 — 0.25±0.02Cd 0.30±0.00Bde 0.32±0.00Ac 0.31±0.01ABcd
20 — 0.27±0.00Cc 0.29±0.01Bde 0.33±0.01Ac 0.30±0.00Bd
Ca(NO3)2 5 — — 0.30±0.00Bd — 0.35±0.01Aab
10 — — 0.32±0.01Bc — 0.37±0.01Aa
15 — — 0.29±0.02Be — 0.34±0.01Ab
20 — — 0.27±0.02Bf — 0.31±0.01Acd
注:同行不同大写字母表示组间差异显著;同列不同小写字母表示组内差异显著(p<0.05)。
071 中 国 沙 漠 第35卷
相同CaCl2浓度下,叶绿素含量随NaCl浓度的
增加先升高再降低。当Ca(NO3)2浓度相同时,叶
绿素含量随NaCl浓度增加而增加。
在低浓度(4g·L-1)NaCl下,叶绿素含量随
CaCl2浓度的增加而减少;在中等浓度(8g·L-1和
12g·L-1)和高浓度(16g·L-1)NaCl下,叶绿素
含量随CaCl2浓度的增加先升高后降低。相同NaCl
浓度下叶绿素含量均随Ca(NO3)2浓度的增加先上
升后下降。
不同钙盐的比较,在8g·L-1 NaCl下,Ca
(NO3)2处理过的植株叶绿素含量低于CaCl2处理过
的植株叶绿素含量;在 16g·L-1 NaCl下,Ca
(NO3)2处理过的植株叶绿素含量高于CaCl2处理过
的植株叶绿素含量。
4 讨论
本文研究了不同钙盐对NaCl胁迫下沙拐枣的
缓解作用,发现随着NaCl浓度的增加,植株高度呈
下降趋势(表1),说明 NaCl抑制了植物的生长,这
与Gaines等[18]的研究结果相同。当NaCl浓度为4
g·L-1和8g·L-1时,添加CaCl2后的植株高度比
未添加CaCl2的植株高度要小,说明在低NaCl浓度
下添加CaCl2并没有缓解NaCl胁迫的作用,反而会
加重NaCl胁迫。当NaCl浓度为12g·L-1和16g
·L-1时,添加CaCl2后的植株高度与未添加CaCl2
相比先升高后降低,这一结果与尹增芳等[28]的结果
一致,说明CaCl2的缓解作用存在浓度界限,并非施
加的CaCl2浓度越高,缓解作用越强。相同NaCl浓
度下,植株高度随Ca(NO3)2浓度的增加先升高后
降低,这一结果与Yao等[2]对青钱柳的研究结果一
致,说明Ca(NO3)2对 NaCl胁迫有一定的缓解作
用,且Ca(NO3)2的缓解作用存在浓度界限,超过最
佳浓度,Ca(NO3)2的缓解作用就会降低。在相同浓
度的CaCl2下,植株高度随NaCl浓度的增加先升高
后降低,说明在一定范围内 NaCl会促进植株的生
长。添加Ca(NO3)2后,植株高度随NaCl浓度的增
加而降低,说明一定Ca(NO3)2浓度下,植株随NaCl
浓度增加受胁迫的程度加重。当 NaCl浓度为8
g·L-1时,除了5mM的Ca(NO3)2和CaCl2对植株
的高度影响无显著差异外,其他浓度的 Ca(NO3)2
下植株高度均显著高于同等浓度CaCl2下的植株高
度。当NaCl浓度为16g·L-1时,除了低浓度(5
mM)Ca(NO3)2处理的植株高度显著低于5mM 的
CaCl2处理的植株高度外,中浓度(10mM 和15
mM)和高浓度(20mM)的Ca(NO3)2处理和CaCl2
处理之间无显著差异。可见,低浓度(5mM)钙下,
CaCl2的缓解作用强于 Ca(NO3)2,而在10、15、20
mM 的钙浓度下,Ca(NO3)2 的缓解作用强于
CaCl2。这一结果与刘丽云[29]的研究结果相反,可
能是因为试验材料的不同。赵旭等[30]指出,钙离子
的效应与植物种类、钙离子浓度及种类等都有关系。
光合作用是植物合成碳水化合物,并释放氧气
的重要代谢途径。王伟华等[31]发现长期的盐胁迫
能降低沙拐枣的净光合速率、叶绿素含量。韩张雄
等[32]发现NaCl能降低囊果碱蓬、旱生植物梭梭和
超旱生植物白梭梭幼苗的PSII光化学效率Fv/Fm。
本研究发现在没有添加钙盐的情况下NaCl降低了
沙拐枣植株的净光合速率(表2)、Fv/Fm(表3),这
一结果与王伟华等[31]、韩张雄等[32]的研究结果一
致,说明NaCl对沙拐枣产生了胁迫作用。在同一
浓度的CaCl2下,沙拐枣植株的净光合速率、Fv/Fm
随NaCl浓度的增加均呈先上升后下降的趋势,叶
绿素含量12g·L-1 NaCl时最大(表4);在同一浓
度的NaCl下,沙拐枣植株的净光合速率、Fv/Fm在
低浓度(4g·L-1)NaCl下随CaCl2浓度上升呈逐渐
下降的趋势外,在8、12、16g·L-1 NaCl下均随
CaCl2浓度上升呈先上升后下降的趋势,4g·L-1
NaCl下,叶绿素在15mM CaCl2 时浓度最低,在其
他NaCl浓度下,叶绿素浓度在10mM Ca时最大。
由此可知,CaCl2对 NaCl胁迫的缓解作用与 NaCl
浓度有关,CaCl2浓度与NaCl浓度之间存在一个合
适的比值关系,在这个比值范围内,CaCl2的缓解作
用最强。这一结论与 Genc等[16]、Vaghela等[17]的
研究结果相同。8g·L-1 NaCl浓度下,沙拐枣的净
光合速率和叶绿素含量均随施加的Ca(NO3)2浓度
的增加呈先上升后下降的趋势。当NaCl浓度为16
g·L-1时,净光合速率、Fv/Fm、叶绿素含量随 Ca
(NO3)2浓度的增加不断下降。说明Ca(NO3)2和
CaCl2一样,对 NaCl胁迫有缓解作用,当钙浓度适
宜时,缓解作用最强,当钙浓度超过或低于这个最适
浓度时,缓解作用均下降。这一结论与刘雪琴等[33]
的研究结果相同。另外可以得出,钙的缓解作用与
外界的NaCl浓度有关。沙拐枣的光化学效率Fv/
Fm随Ca(NO3)2浓度的增加而下降,说明沙拐枣光
171 第1期 王静静等:NaCl胁迫下钙对沙拐枣(Calligonum arborescens)株高及光合特性的影响
系统II极易受到 Ca(NO3)2的胁迫。施加 Ca
(NO3)2后,16g·L-1 NaCl和8g·L-1 NaCl相比
沙拐枣叶绿素含量要高,光合速率无显著差异。这
说明Ca(NO3)2对 NaCl胁迫的缓解作用在高浓度
NaCl下比低浓度 NaCl下的作用要强。这与梁洁
等[34]的研究结果相反,可能的原因是植物材料不同
达到最佳缓解作用时的Na+/Ca2+比值不同。
盐胁迫对植物的抑制作用可以通过添加钙来适
当缓解,然而有实验研究表明Cl- 能抑制 NO-3 和
PO3-4 的吸收
[6],导致叶绿体降解、叶片枯黄甚至死
亡[35],因此氯离子也是有毒性的。本研究中,低浓
度(5mM)钙下,施加 CaCl2的植物高度高于 Ca
(NO3)2对应的株高(当 NaCl浓度为16g·L-1时
差异显著),中浓度(10mM 和15mM)钙和高浓度
(20mM)钙下,施加Ca(NO3)2所对应的株高高于
施加CaCl2后的株高。8g·L-1 NaCl下,沙拐枣的
净光合速率、Fv/Fm、叶绿素含量均表现为CaCl2显
著高于Ca(NO3)2,而16g·L-1 NaCl下,植物的
Fv/Fm、叶绿素含量的趋势为Ca(NO3)2高于CaCl2
(差异不显著),净光合速率为Ca(NO3)2显著高于
CaCl2。这可能是由于 CaCl2提供的 Ca2+ 能降低
Na+的吸收,从而缓解盐胁迫,但它同时引进了
Cl-,而Cl-是有毒性的,能抑制 NO-3 的吸收,抑制
植物生长。而Ca(NO3)2能为植物提供 N素,该元
素是植物合成大分子物质如蛋白质的主要成分,所
以Ca(NO3)2对高度 NaCl胁迫下植株的缓解作用
要好于CaCl2。
5 结论
不添加钙盐时,净光合速率、Fv/Fm、叶绿素含
量均随 NaCl浓度的增加而降低,说明植物受到的
NaCl胁迫程度随 NaCl浓度的增加而加重。相同
钙浓度下的不同 NaCl浓度之间以及相同 NaCl浓
度下的不同钙浓度之间的株高,净光合速率、Fv/
Fm、叶绿素含量大体呈先升高后降低的趋势,所以
钙对NaCl胁迫下植物的缓解作用与钠/钙比值有
关,即存在一个最佳的钠/钙比值,在此比值范围内
缓解作用最大,超过这一比值范围(即钙浓度过低或
钠浓度过高)或低于这一比值(即钙浓度过高或钠浓
度过低)都会使缓解作用降低。在中度(8g·L-1)
NaCl胁迫下,CaCl2对植物净光合速率、Fv/Fm、叶
绿素的缓解作用好于Ca(NO3)2;而在高度(16g·
L-1)NaCl胁迫下,Ca(NO3)2与CaCl2相比更有利
于缓解NaCl胁迫下沙拐枣的上述生理指标。当钙
浓度 为 5 mM 时 CaCl2 对 株 高 的 作 用 好 于
Ca(NO3)2,当钙浓度为10、15、20mM时Ca(NO3)2
对株高的作用更佳,可能的主要原因是高浓度的
CaCl2引进了过多的氯离子,而氯离子抑制硝酸离子
的吸收,抑制蛋白质的合成,对植物有毒害作用。钙
对植物的缓解作用与植物种类、钙离子种类和浓度,
外界NaCl浓度以及周围缓解有关。
本研究探索的盐胁迫主要是 NaCl单盐胁迫,
因为NaCl是自然界土壤中最普遍的盐分[9-10],但
实际条件下,盐渍土是由多种盐分组成的,所以在多
种盐分共同作用下,施加钙源有可能会对植物产生
不同于本研究结果的现象,这是下一步研究中亟待
解决的问题。
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Influence of Calcium on the Plant Height,Photosynthesis,Fluorescence and
Chlorophyl Content of Calligonumarborescensunder NaCl Stress
Wang Jingjing,Zhang Wenpeng,Xu Danghui
(State Key Laboratory of Grassland and Agro-ecosystems/school of life Sciences,Lanzhou University,Lanzhou 730000,China)
Abstract:NaCl stress can restrain plant growth.Studies have shown that application calcium can aleviate
NaCl stress to some extent,so as to promote plant growth.In this paper,we studied the plant height,net
photosynthetic,PSII photochemical efficiency,chlorophyl content of Calligonumarborescensunder NaCl
stress when different calcium sources are added,so as to study the aleviation of NaCl stress by calcium.The
results indicate that in the case of not adding calcium salt,plants height,net photosynthetic,Fv/Fmand
chlorophyl content declined with the increasing of sodium chloride concentration;After adding calcium chlo-
ride and calcium nitrate,the above indicators al showed a trend of decline after rising first;When NaCl con-
centration was 8 g爛L-1 the net photosynthetic and Fv/Fm,chlorophyl content of C.arborescensafter
adding calcium chloride were higher than that of calcium nitrate,however adding calcium nitrate wil be bet-
ter if the NaCl concentration was 16 g爛L-1;When the calcium concentration was 5 mM the plant supplied
with CaCl2was higher than those supplied with Ca(NO3)2,nevertheless,Ca(NO3)2might be a better choice
when calcium concentration was 10 mM,15 mM and 20 mM.The above results showed that the morphologi-
cal indicators relative to the physiological indexes,was not sensitive to NaCl stress.The relief effect of cal-
cium to NaCl stress was related to the concentration of sodium chloride,in other words,there is an optimal
ratio of sodium/calcium,higher or lower than which,calcium salt relief effect would fal;The different re-
lief effect between calcium chloride and calcium nitrate depends on the outside of the concentration of NaCl,
when plants were under moderate NaCl stress the relief effect of calcium chloride was better than calcium ni-
trate,however,the calcium nitrate relief wel when the plants were under serious NaCl stress.
Key words:NaCl stress;calcium salt;Calligonum arborescens;plant height;net photosynthetic;PSII
photochemical efficiency;chlorophyl content
471 中 国 沙 漠 第35卷