全 文 ：第 2 卷第 3 期
2 0 0 6 年 6 月
德 州 学 院 学 报
J o u rn a l o f D ez h o u U n i v e rs i t y
V o l
.
2 2
,
N o
.
3
J u n
. ,
2 00 6
盐胁迫对海蓬子 、 玉米光合速率和
叶绿体超微结构的影响
王 丽燕
(德 州学院 生 物 系 , 山 东德 州 2 5 3 0 2 3 )
摘 要 : 用含有一定浓度 N a CI 的 H o gl an d 培养液处理海蓬子 、 玉米幼苗 , 处理一定时间后 测定其鲜重 、 干重 、
光合速率 、气孔导度 、 细胞间隙 C O : 浓度及叶绿体超微结构等的变化 . 结果表明一定浓度的 N a CI 处理促进 了海蓬子
的生长 ,高盐度下海蓬子叶绿体结构的稳定是其能保持较高光合速率的原因 .
关扭词 : N a CI ; 海蓬子 ; 玉米 ; 光合作用 ; 叶绿体超微结构
中圈分类号 : Q 9 4 5 . 7 8 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 4 一 9 4 4 4 ( 2 0 0 6 ) 0 3 一 0 0 9 1 一 0 5
光合作用是植物生长的基础 ,盐胁迫下植物 的
生长发育受到抑制 , 作为植物生长发育基础的光合
作用也受到抑制 . 研究盐胁迫对植物光合作 用的影
响机理 ,可以为提高植物耐盐性 、改 良植物品种提供
理论依据 . 实验中以耐盐植物海蓬子和盐敏感植物
玉米为材料 ,研究 比较 了两种植物的光合作用对盐
胁迫的响应 , 以期为培育转基因耐盐作物品种提供
理论依据 .
1 材料和方法
1
.
1 材料的培养和处理
3 月初将海蓬子 ( S a l i c o r n i a b i g e l o v i i T o r r . )
种子 (由美国亚里桑那大学 G le n n 教授提供 的野生
种 )和玉米种子用 自来水浸泡 3 h 后 , 播种于盛有干
净细沙的塑料盆 中 , 用 1/ 2 强度 的 H oa gl a n d 营养
液浇灌 ,出苗后 于温室中培养 , 温室 的昼夜温度为
( 3 0士 3 ) ℃ / ( 2 0士 3 ) oC ,每天照光 1 5 h ,光强约 6 0 0
拌m o l m 一 2 5一 ’ ,相对湿度 7 0 % 一 8 0% .
海蓬子长至 3 。 m 高时 ,玉米长至 5 c m 高时 , 进
行疏苗 , 每盆保 留大小 一致的 5 株 . 海蓬子长至 5
c m 左右时 , 进行盐处理 , N a CI 处理的最终浓度为 O
m m o l / L
、
10 0 m m o l / L
、
3 0 0 m m o l / L
、
5 0 0 m m o l / L
( N a C I溶液用完全 H o a g l a n d 营养液配置 ) , 为避免
盐冲击效应 , 采用每天递增 50 m m ol / L 的方式加
盐 ,每天浇灌二次 . 为减小 N a CI 浓度的变化幅度 ,
浇灌量为土壤持水量的 4 倍 . 到达最终浓度后 30 d ,
分别取样进行各项生理指标 的测定 ,每个处理至少
3 个重复 .
玉米长至三叶一心时 , 进行盐处理 , 处理方法同
上 , N a C I处理 的最终浓度为 0 m m o l / L 、 5 0 m m o l /
L
、
1 0 0 m m ol / L
. 到达最终浓度后 10 d , 分别取样进
行各项指标 的测定 .
1
.
2 鲜重 、 干贡的测定
将植物从培养盆内取出后用去离子水快速冲洗
干净 ,再用吸水纸吸干称鲜重 ,鲜材料放人 1 05 ℃ 的
烘箱 中杀青 10 m in 后 , 80 ℃烘干至恒重 ,称干重 .
1
.
3 光合速率 、 气孔导度及细胞 间隙 C O Z 浓度的
测定
用 iL 一 6 4 0 0 便携式 光合作用测定系统测定海
蓬子的净光合速率 ( P n) 、 气孔导度 ( G s ) 、 细胞间隙
C O
: 浓度 ( iC ) . 测定玉米第一片完全伸展叶及海蓬
子幼嫩枝条 的各项指标 . 在已曝光的胶片上挖一个
I c m X Z c m 的孔 , 将海蓬子枝条紧密排满孔的位
置 , 两端用胶带稍加 固定 , 打开叶室夹住胶 片 . 为保
证叶室边缘不透光 , 在叶室近边缘处加一个 自制的
海绵垫圈 . 测定时光强为 1 0 0 0 拜m ol m 一 ’ s 一 ’ , 温度为
2 0 ℃ ,相对湿度为 40 % .
1
.
4 叶绿素荧光测定及荧光参数的计算
盐处理一定时间后 ,采用英国 H an sa t e hc 公司
生产的植物效率仪 ( P E A , 即非调制式荧光仪 )测定
F
。 和 F m ,计算 F v / F 。 、 F , / F m , 其中 F , 一 F m 一 F 。 . 测
收稿日期 : 2 0 0 6 一 0 3 一 2 0 ; 修回 日期 : 2 0 0 6 一 0 5 一 2 1
作者简介 : 王丽燕 ( 197 2 一 ) ,女 , 山东武城人 ,硕士 ,讲师 , 主要从事植物逆境生理 的研究 .
德州学院学报 第 2 卷
定前需暗适应 20 m in .
1
.
5 盐胁迫对叶绿体超微结构影响材料制备方法
由山东师范大学测试中心进行叶绿体超微结构
的观察和照相 . 取海蓬子相同部位 的成熟枝条及玉
米的第一片完全伸展叶 , 切成 0 . 5 ~ 1 . 0 m m 长的小
块 , 立即用 2 . 5%戊二醛 (用 5 0 m m o l / I J p H 7 . 2 二
甲砷酸钠缓冲液配制 ) 固定 1 . s h ,再分别用相同缓
冲液冲洗 2 次 , T ir S一 顺丁烯二酸缓 冲液洗 3 次后
用饿酸固定 7 h , 经乙醇系列脱水 ,用酒精包埋剂 一
1 , 9 渗透 12 h ,用纯包埋剂渗透 10 h , 然后进行包
埋 , 将包埋好的材料于 60 ℃温箱中聚合 24 h . 最后
用 L K B 一 2 0 8 8 型超薄切片机切片 ,切片用醋酸铀一
柠檬酸铅染色 , 然后在 J EM 一 l o o C X l 型透射电镜
下观察拍照 .
浓度的升高而增加 , 高盐度处理时下降 . 细胞间隙
C O
: 浓度随盐处理浓度的升高而缓慢上升 ,但上升
幅度较小 .
表 1 不 同浓度 N a CI 对海趁子地上部光合速率 、
气孔导度及细胞间隙 C仇 浓度的影响
N a CI 净光合速率 气孔 导度 细胞间隙 以飞浓度
( m m o l / I ) (拜 m o l〔飞(〕 : / m Z s ) ( m m o l H Z O / m Z s ) (拜mo lC快 / n 1O I a i r )
0 17
.
5士 2 . 4 2 0 . 4 5士 0 . 0 2 3 2 2 7士 2 3
2 结果
1 0 0 18
.
4 3士 2 . 0 1 0 . 5 1士 0 . 0 3 2 24 3士 2 1
3 00 2 5
.
2 7士 1 . 3 5 0 . 5 4士 0 . 0 5 0 25 7士 2 4
6 00 16
.
2 1士 1 . 7 2 0 . 4 3士 0 . 0 4 1 28 7士 2 3
表 2 不 同浓度 N ac . 对玉米叶片光合速率 、
气 孔导度及细胞 间隙 C O : 浓度的影响
N a C I 净光合速率 气孔导度 细胞间隙 (C 儿 浓度
( m m o l / I ) ( 拜m o lC 0 2 /m Z s ) ( m m o l H 。 ( ) / m Z s ) (拜otn l以几 / m o l ,li r )
0 26
.
7士 2 . 4 0 . 1 3 5士 0 . 0 10 1 1 7士 1 3
2
.
1 盐处理对海蓬子 、 玉米生长的影响
图 1表明 , 一定浓度 的 N a CI 处理促进 了海 蓬
子的生长 ,各盐度处理条件下 , 整株鲜重 、 干重均高
于对照 ,且海蓬子的鲜重 、 干重在 N a CI 浓度为 3 0
m m o l / L 左右时最 大 , 3 0 0 m m o l / L 的 N a C I 浓度是
海蓬子生长的最适盐度 . 如图 2 所示 , 盐处理条件下
玉米的整株鲜重与整株干重均随盐处理浓度的升高
呈明显的下降趋势 ,说明盐处理抑制了植株的生长 .
2
.
2 盐处理对海蓬子 、 玉米地上部光合速率 、 气孔
导度 、细胞 间隙 (C ) : 浓度的影响
由表 l 可以看 出 , N a C I 3 0 0 m m o l / L 处理 时海
蓬子的光合速率明显高于对照 , N a CI 6 0 0 m m ol / L
处理时 , 光合速率又有所 降低 . 盐胁迫下海蓬 子气
孔导度在 O一 3 0 0 m m o l / I一 的 N a C I处理时随盐处理
口 F r e s h w e i g h t
. Dr y w e i g h t
9 r
5 0 2 1
.
8士 2 . 2 0 . 1 1 3士 0 . 0 12 1 6 7士 1 5
1 0 0 1 9
.
4士 2 . 3 0 . 0 9 2士 0 . 0 0 8 2 1 5土 18
如表 2 所示 , 随盐处理浓度的升高 , 玉米净光合
速率降低 ,气孔导度降低 , 细胞间隙 C O : 浓度升高 .
2
.
3 盐处理对海蓬子叶绿体超微结构的影响
如图 3 所示 , 在对照条件下生长 的海蓬子叶绿
体呈纺锤形 ,在细胞内沿质膜排列 ,基粒片层整齐并
通过间质 片层互相连接 , 基粒片层排列 紧密 . N a CI
3 0 0 m m o l / L 处理时 ,叶绿体结构未受影响 ( 图 3 b ) ,
N a CI 60 0 m m ol / L 处理 时海蓬子 叶绿体超微 结构
受到破坏 , 叶绿体双层膜部分出现损坏 ,基粒片层之
间的连接出现断裂 (图 c3 ) .
如图 4 所示 , 对照条件下 , 玉米 叶绿体 呈椭 圆
状 ,整齐的单行排列在细胞壁周围 ,垛叠类囊体片层
2 0
1 8
1 6
1 4
1 2
l 0
8
6
4
2
0
口 F r e s h w e i g h t
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ǎ尸u司T母巴a一。上渗哈ǎ祠
u口曰马碧山一。二李铂。
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勺dQ山1
1上助叫。沐
0 1 0 0 3 0 0 6 0 0
N a C I
e o n e e n t r a t i o n ( m m o l / l )
图 l 不 同盐度下海蓬子整株鲜 重 、 干重的变化
N a C I
e o n e e n t r a t i o n ( m m o l/ I )
图 2 不同盐度下玉米整株鲜重 、 干重的变化
第 3 期 王丽燕 : 盐胁迫对海蓬子 、 玉米光合速率和叶绿体超微结构的影响
排列清晰 , 10 m m ol / L N a CI 处理时 , 玉米叶绿体 的
双层膜部分 出现损 坏 , 基粒片层之间的连接出现断
裂 ,类囊体内腔膨大 .
2
.
4 盐处理对海蓬子 、 玉米 Fv/ Fm 、 F v/ F O 的影响
如图 5 、 图 6 所示 , 随盐处理浓度的增加 , 海蓬
子 的 F v/ F m 及 F v/ F o 的 变 化 趋 势 相 似 , 在 O
m m o l / L一 3 0 0 m m o l / L N a C I 范 围内有升高 趋势 ,
60 0 m m ol I/
J
N a CI 处理 时 , 又都有所下 降 , 且均低
于对照 ( P > 0 . 0 5) . 如图 7 、 图 8 所示 ,随盐处理浓度
的升高 ,玉米的 F v/ F m 和 F v/ F o 均下降 .
3 讨论
3
.
1 盐胁迫对两种植物光合作用的影响
一般情况下 ,低盐度时植物光合作用或不受影
响或所受影响很小 ,对有些植物甚至有促进作用 , 当
盐度超过一定范围后 , 光合能力下降 , 且盐度越大 、
作用 时 间 越 长 , 下 降越 明 显 lj[ . 0 m m ol / L 一 3 0
m m ol / L N a CI 处理时随盐处 理浓度 的升高海蓬子
的净光合速率增强 , 气孔导度随盐处理浓度的升高
德州学院学报 第 2 卷
0
,
8 7
0
.
8 6
遣一勺R.0舀\A以
0
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8 4
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.
8 3
6
.
3
.
2 5
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10 0 3 0 0 6 0 0
N a C I e o n e e n t r a t i o n
( m m o l )
图 5 不同盐度 下海蓬子 F v/ F m 的变化
N a C I e o n e e n t r a t i o n ( m m o l/ L )
图 6 不同盐度下海蓬子 F v/ F 。 的变化
0
.
8 5
0
.
8 4
0
.
8 3
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0山\ A鸽
n己只n0
日匕\净
0
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7 9
0 5 0 1 0 0
0 5 0 1 0 0
盐浓度 ( m m o l/ L )
N a C I e o n e e n t r a t i o n
盐处理对玉米叶片 F v/ Fm 的影响
而缓慢上升 ,细胞间隙 C O : 浓度升高 ; 60 0 m m ol / L
N a CI 处理 时气孔导度 及细胞 间隙 C O : 浓度 降低
(见表 l ) ,光合速率下降 .
1 ) 1 0 0 m m o l / L ~ 3 0 0 m m o l / L N a C I处理促进
了海蓬子的光合速率 ,从而表现为生长量的增加 (如
图 1 所示 ) . 高盐度时 ,海蓬子的光合速率下降 ,但仍
表现为生长量的增加 ,可能与其积 累了大量的无机
离子有关 .
2) 高盐度时海蓬子光合作用 的变化是 由非气
孔 因素引起的 .
盐胁迫条件下玉米的光合作用随盐处理浓度的
增高而降低 ,气孔 导度 降低 , 细胞 间隙 C O : 浓度略
有增加 (表 2 ) , 说明叶肉细胞消耗 C O : 能力降低 ,非
气孔因素可能是玉米光合速率降低的主要原因 . 这
与前人的结果一致 , N a CI 胁迫下植物光合作用的下
降 ,低盐度时以气孔限制因素为主 , 高盐度时以非气
孔限制因素为主 ;短时间以气孔限制因素为主 , 长时
间以非气孔限制因素为主2j[ .
3
.
2 盐胁迫对两种植物叶绿体超微结构的影响
叶绿体是植物光合作用 的细胞器 , 叶绿体结构
与光合作用密切相关 , 叶绿体基粒数和基粒 片层数
越多 ,基粒片层排列越致密 ,光合能力越强 3j[ . 类囊
盐浓度 ( m m o l/ L )
N a C I e o n e e n t r a t i o n
图 8 盐处理对玉米叶片 F v/ oF 的影响
体膜的组分中含有大量糖脂和不饱 和脂肪酸 , 它们
对于类囊体膜进行光化学反应有重要的意义 . 细胞
中 N a + 与 lC 一 的积累不仅可以使得膜糖脂含量明显
下降闭 , 而且可 以使呈垛叠状态 的类囊体膜的比例
减小 51[ , 降低类囊体膜 的垛叠能力 ,增强类囊体膜吸
附二价 阳离子的能力 . 实验表 明 1 0 m m ol / I J N a CI
处理 1 0 d ,玉米叶片叶绿体的双层膜部分 出现损坏 ,
基粒片层之间的连接出现断裂 ( 图 4 b) . 3 0 m m ol /
L N a CI 处理时海蓬子叶绿体超微结构未受影响 ( 图
3 b )
,
60 0 m m o l / L N a C I处理 时海蓬子 叶绿体超微
结构受到破坏 ( 图 3 C ) . 类囊 体膜是 叶绿体 光能 吸
收 、传递和转换的结构基础 , 植物从事光能吸收 、 传
递和转换 的各种色素蛋 白复合体分布 于类囊体膜
上 , 叶绿体结构的破坏直接影响叶绿素含量 , 从而影
响植物的光合作用 . 叶绿体结构 的破坏是造成光合
作用下降的重要原因之一困 .
3
.
3 盐胁迫对两种植物 F v/ F m 、 F v/ F o 的影响
F v / F m 和 F v / F o 分别代表光 系统 H ( P lS l) 的
潜在活性和 P lS l 的原初光能转化效率 . 如图 5 、 图
6 所示 , 低盐度处理时海蓬子光系统的潜在活性和
P lS l 的原初光能转化效率随盐处理浓度的升高而
增强 . 6 0 0 m m o l / L N a C I处理 时 , F v / F m 和 F v / F o
第 3 期 王丽燕 :盐胁迫对海蓬子 、 玉米光合速率和叶绿体超微结构的影响 9 5
降低 . 如图 7 、 图 8 所示 , 随盐处理浓度的升高 , 玉米
的 F v / F m 和 F v/ F O 下降 , 表 明盐胁迫下玉米的光
能吸收转化机构的完整已受到损害 , P lS l 的原初光
能转化效率受到了影响 . 叶绿体膜结构是保证植物
光能吸收与转换的前提 ,盐胁迫下 ,随着叶绿体片层
结构的逐渐降解 ,光化学反应效率 ( F v/ F m ) 不可避
免的下降 ,导致 同化力减 少 , 最终导致光合速率下
降 , 这与前面的结果是一致的 .
综上所述 , 盐胁迫下叶绿体超级结构 的破坏 、
P S l l 的损伤可能是玉米 ( 1 0 0 m m o l / I J N a C I 处理条
件下 )和海蓬子 ( 6 0 0 m m ol / L N a CI 处理条件下 )光
合作用降低的原因 ,
参考文献 :
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N e w Y o r k
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(责任编辑 : 秦 刚 )
S a l t S t r e s s A f fe c t s P h o t o s y n t h e s i s a n d U l t r a s t r u e t u r e o f C h l o r o P l a s t o f
S a l i c o r n i a b i g e l o v i i T o r r
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a n d Z e a m a y s
W A N G I
J
i 一 y a n
( D e p a r tm e n t o f B io l o g y
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D e z h o u U n i v e r s i t y
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D e z h o u S h a n d o n g 2 5 3 0 2 3
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C h i n a )
A b s t r a e t : S e e d l i n g s o f S a l i
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.
a n d Z e a m a 夕5 w e r e t r e a t e d w i t h d i f f e r e n t e o n e e n t r a t i o n s o f
N a C I
.
F r e s h W e i g h t
,
d r y W e i g h t
,
p h o t o s y n t h e t i e
r a t e
,
F v / F m
,
F v / F o
, u l t r a s t r u e t u r e o f e h l o r o p l a s t a n d
o t h e r p a r a m e r e r s w e r e m e a s u r e d
.
T h e d a r a s h o w e d 3 0 0 m m o l / L N a C I 15 t h e o p t im a l N a C I e o n e e n t r a t io n s
f o r S a l i
c o r n i a b i g e l o v i i T o r r
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T h e u l t r a s t r u e t u r e o f e h l o r o p l a s t o f S a l i e o r n i a b i g e l o v i i T o r r
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w a s n o t e a s y
d a m a g e d m a y b e t h e im P o r t a n t r e a s o n f o r S a l i e o r n i a b i g e l o v i i T o r r
. ’ 5 h i g h P h o t o s y n t h e s i s r a t e u n d e r s a l t
S t r e S S
.
K e y w o r d s : S a l i
e o r , : i a b i g e l o v i i T o r r
.
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