试验于2016年在东北林业大学植物生理实验室进行。供试材料苏丹草种子由黑龙江省农业科学院提供。挑选质量优良、大小均一、成熟饱满的种子均匀地种播种于直径12 cm、高15 cm的培养钵中, 覆土约1 cm, 每钵播种12 粒种子, 培养基质采用充分混匀的草炭土与蛭石, 比例2∶ 1(体积比)。在温度25/23 ℃(光/暗)、光照强度400 μ mol· (m²· s)^-1、光周期12/12 h(光/暗), 相对湿度75%左右的人工气候箱中培养, 定期浇水和苗期管理。待植株长至约40 cm高时, 进行盐碱处理。按照石德成等^[20]的方法分别以不同比例的两种中性盐NaCl和Na₂SO₄以及两种碱性盐Na₂CO₃和NaHCO₃按不同比例配成50、100、150、200 mmol· L^-1 4个盐浓度, 并且每个盐浓度分别设7.0、8.0、9.0和10.0共4个pH梯度的不同比例盐碱互作组合, 不同溶液中的pH分别用低浓度的HCl和NaOH进行精确调节。将长势相对一致的植株48钵分为16组, 即16个处理, 每个处理3钵, 处理前2 d停止浇水, 分别将配好的不同盐溶液500 mL(每钵)均匀地浇于培养基钵中, 以培养钵渗出少量溶液为准, 每个培养钵下接一塑料托盘, 防止盐溶液的流失, 通透到托盘中的溶液待培养基质稍干后反浇回培养基质中。浇盐溶液后3 d待不同处理植株观察出现差异后进行各生理指标的测定。

叶片相对含水率采用烘干称重法, 将不同处理植株叶片采收后, 称其鲜重, 放入铝盒内杀青(105 ℃, 30 min)、烘干(60 ℃, 30 h)至恒重后称其干重, 叶片相对含水率=(叶片鲜重-叶片干重)/叶片鲜重× 100%。叶绿素含量的测定采用丙酮∶ 无水乙醇∶ 蒸馏水=4.5∶ 4.5∶ 1(体积比)提取液过夜浸泡法, 每次测定重复3次。

叶绿素荧光参数的测定:不同处理后的高丹草倒数第2片完全展开叶片利用暗适应夹进行30 min暗适应后, 采用便携式脉冲调制荧光仪FMS-2(Hansatch公司, 英国)测定不同处理的初始荧光(F_o)、最大荧光(F_m)、PSⅡ 最大光化学效率(F_v/F_m)。然后测定光适应下的最大荧光(F_m')、光适应下的最小荧光(F_o')及稳态荧光(F_s), 计算PSⅡ 实际光化学效率(Ф _PSⅡ )、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(qP)和非光化学淬灭系数(NPQ)等, 其中Ф _PSⅡ =(F_m/F_s)/F_m'; ETR=0.5× 0.85× Ф _PSⅡ × PFD; qP=(F_m'-F_s)/(F_m'-F_o'); NPQ=(F_s/F_m')-(F_s/F_m), 式中:0.5为光能在PS Ⅱ 和PS Ⅰ 两个光系统之间的分配比例, 0.85为叶片的光能吸收系数, PFD为光照强度[μ mol· (m²· )s^-1]^[21], 测定均重复3次。

运用Excel和DPS(7.05)软件对测定数据进行统计分析, 并采用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较不同数据组间的差异。

随着盐浓度的增加, 高丹草叶片相对含水率整体呈降低趋势, 在盐浓度为50、100和150 mmol· L^-1时, 不同pH下高丹草叶片相对含水率均无显著差异(P> 0.05), 盐浓度为200 mmol· L^-1时, pH 9.0和10.0下叶片相对含水率分别较pH 7.0降低了3.07%(P> 0.05)和8.67%(P< 0.05)。在盐浓度为50、100和150 mmol· L^-1范围内, 不同pH下高丹草叶片的叶绿素含量随着盐浓度的增加呈降低趋势, 但仅在盐浓度为150 mmol· L^-1、pH 9.0和10.0下的降低幅度较其他处理明显, 当盐浓度增加到200 mmol· L^-1时, pH 7.0和8.0下高丹草叶片叶绿素含量较150 mmol· L^-1相比仍呈下降低趋势, 而pH 9.0和10.0下较150 mmol· L^-1相比却呈增加趋势, 并且pH 10.0处理的增加幅度更大。

图1

Fig. 1

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	图1 盐碱互作胁迫对高丹草叶片相对含水率和叶绿素含量的影响 注:图中不同小写字母表示处理之间差异显著(P< 0.05)。Fig. 1 Effect of salt and alkali interaction stress on relative water and chlorophyll content in leaves of Sorghum bicolor× S. sudanense Note:Different lowercase letters indicate significant difference among different treatments at the 0.05 level.

高丹草叶片的F_m和F_v/F_m在盐碱互作胁迫下表现出相同的变化趋势, 整体表现为不同pH下均随着盐浓度的增加而降低, 不同盐浓度下随着pH的升高也呈明显的降低趋势, 并且随着盐浓度的增加, pH的影响作用变大(图2)。盐浓度为50和100 mmol· L^-1时, 不同pH下高丹草叶片的F_m和F_v/F_m均无显著差异(P> 0.05), 而当盐浓度增加到150 mmol· L^-1时, pH 9.0和10.0下的F_m以及pH 8.0、9.0和10.0下的F_v/F_m均显著低于pH 7.0, 并且当盐浓度增加到200 mmol· L^-1时, 不同pH下高丹草叶片的F_m和F_v/F_m差异程度进一步增加, pH 8.0、9.0和10.0下的F_m分别低于pH 7.0(P< 0.05)下11.40%(P> 0.05)、31.32%(P< 0.05)和73.86%(P< 0.05), 而F_v/F_m分别低于pH 7.0下10.06%(P< 0.05)、16.49%(P< 0.05)和36.79%(P< 0.05)。

图2

Fig. 2

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	图2 盐碱互作胁迫对高丹草叶片Fm和Fv/Fm的影响Fig. 2 Effect of salt and alkali interaction stress on Fm and Fv/Fm in leaves of Sorghum bicolor× S. sudanense

盐碱互作胁迫下高丹草叶片的Ф _PSⅡ 和ETR变化规律基本相似, 在盐浓度为50和100 mmol· L^-1时, 不同pH下高丹草叶片的Ф _PSⅡ 和ETR均无显著差异(P> 0.05), 并且不同盐浓度处理之间差异也不显著(图3)。当盐浓度增加到150 mmol· L^-1时, 仅pH10.0下高丹草叶片的Ф _PSⅡ 和ETR降低幅度较大, 但与其他pH处理之间仍无显著差异, 但是当盐浓度增加到200 mmol· L^-1时, pH 8.0和9.0下高丹草叶片的Ф _PSⅡ 较与pH 7.0下仍无显著差异(P> 0.05), 而pH 10.0下高丹草叶片的Ф _PSⅡ 较pH 7.0降低了59.93%(P< 0.05), pH 8.0、9.0和10.0下的ETR分别较pH 7.0处理降低了11.69%(P> 0.05)、36.84%(P< 0.05)和83.52%(P< 0.05)。

图3

Fig. 3

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	图3 盐碱互作胁迫对高丹草叶片Ф PSⅡ 和ETR的影响Fig. 3 Effect of salt and alkali interaction stress on Ф PSⅡ and ETR in leaves of Sorghum bicolor× S. sudanense

随着盐浓度的增加, 高丹草叶片的qP整体呈降低趋势, 并且不同盐浓度下qP也随着pH的增加而降低(图4)。但不同盐浓度下pH的影响程度明显不同, 其中, 50和100 mmol· L^-1的盐浓度下, 不同pH下的qP均无显著差异(P> 0.05), 在盐浓度增加到150 mmol· L^-1时也仅pH 10.0与pH 7.0之间差异显著(P< 0.05), 但当盐浓度增加到200 mmol· L^-1时, pH 9.0和10.0分别较pH 7.0降低了25.05%(P< 0.05)和69.69%(P< 0.05)。随着盐浓度的增加, 不同pH下的高丹草叶片的NPQ均呈先增加后降低的趋势, 但不同pH下的最高值出现时间不同, 其中, pH 7.0和8.0处理下高丹草叶片的NPQ最大值出现在盐浓度为150 mmol· L^-1时, 而pH 9.0和10.0时的最大值出现在盐浓度为100 mmol· L^-1时。另外, 在盐浓度为50和100 mmol· L^-1时不同pH处理下的NPQ无明显差异, 但当盐浓度增加到150和200 mmol· L^-1时, 高丹草叶片的NPQ随着pH的增加明显降低, 并且高pH下的降低幅度更大。

图4

Fig. 4

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	图4 盐碱互作胁迫对高丹草叶片qP和NPQ的影响Fig. 4 Effect of salt and alkali interaction stress on qP and NPQ in leaves of Sorghum bicolor× S. sudanense

除叶片的总叶绿素含量与其叶片相对含水率和叶绿素荧光参数之间无显著的相关性外(P> 0.05), 叶片相对含水率与各叶绿素荧光参数之间的相关性均大于样本数为16时的极显著正相关系数基准值0.57, 均存在极显著的正相关关系(P< 0.01), 而叶绿素荧光参数与总叶绿素含量之间无显著相关性(P> 0.05)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 盐碱互作胁迫下各测定参数之间的相关性 Table 1 Correlation between coefficient under salt and alkali interaction stress 指标 Parameter 叶片相对含水率 Leaf relative water content 总叶绿素含量 Total chlorophyll content Fm Fv/Fm Ф PSⅡ ETR qP NPQ 叶片相对含水率 Leaf relative water content 1.00 总叶绿素含量 Total chlorophyll content -0.15 1.00 Fm 0.89* * -0.15 1.00 Fv/Fm 0.95* * -0.18 0.96* * 1.00 Ф PSⅡ 0.88* * -0.22 0.92* * 0.91* * 1.00 ETR 0.92* * -0.12 0.93* * 0.92* * 0.93* * 1.00 qP 0.83* * -0.27 0.92* * 0.87* * 0.94* * 0.90* * 1.00 NPQ 0.79* * 0.00 0.82* * 0.79* * 0.82* * 0.86* * 0.82* * 1.00 注:* 与* * 分别表示显著(P< 0.05)与极显著(P< 0.01)相关。 Note:* and * * indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

表1 盐碱互作胁迫下各测定参数之间的相关性 Table 1 Correlation between coefficient under salt and alkali interaction stress

盐碱互作胁迫下高丹草叶片的相对含水率、叶绿素含量以及各叶绿素荧光参数均明显受到各胁迫因素的影响, 但不同胁迫因素对各参数的影响程度明显不同(表2)。整体来看, 各测定参数与S O42-、Cl^-和HC O3-浓度之间的相关性较其他胁迫因素之间低, 并且与S O42-和HC O3-浓度均未达显著水平(F_0.05=0.45, n=16)。叶片相对含水率和各叶绿素荧光参数与各胁迫因素之间的相关系数均较大, 但除NPQ与C O32-浓度之间呈显著负相关关系外(P< 0.05), 总叶绿素含量和NPQ与各胁迫因素之间均未达显著水平(P> 0.05)。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 各胁迫因素与各测定参数之间的相关分析 Table 2 Correlation coefficients between stress factors and chlorophyll fluorescence indexes 指标 Parameter 盐浓度 Salt concentration pH Na+ Cl- S O42- C O32- HC O3- 叶片相对含水率 Leaf relative water content -0.60* -0.26 -0.60* -0.50* 0.01 -0.62* * -0.23 总叶绿素含量 Total chlorophyll content -0.43 -0.30 -0.43 -0.27 -0.35 -0.31 -0.29 Fm -0.58* -0.58* -0.58* -0.44 0.22 -0.84* * -0.28 Fv/Fm -0.64* * -0.53* -0.64* * -0.45 0.07 -0.72* * -0.36 Ф PSⅡ -0.54* -0.52* -0.54* -0.52* 0.22 -0.79* * -0.09 ETR -0.57* -0.52* -0.57* -0.53* 0.13 -0.73* * -0.15 qP -0.34 -0.66* * -0.34 -0.28 0.40 -0.80* * -0.13 NPQ -0.42 -0.37 -0.42 -0.32 0.11 -0.55* -0.21

表2 各胁迫因素与各测定参数之间的相关分析 Table 2 Correlation coefficients between stress factors and chlorophyll fluorescence indexes