根际NaCl浓度对冰菜形态和生理的影响.pdf
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1、收稿日期:2023-04-29基金项目:海南省重点研发计划项目(ZDYF2022SHFZ061);海南省自然科学基金(321RC1032)作者简介:付婷婷(1996),女,在读本科生,研究方向为蔬菜无土栽培,E-mail:通信作者:王旭(1980),男,硕士,副教授,研究方向为设施园艺和无土栽培,E-mail:广东农业科学 2023,50(6):36-43Guangdong Agricultural Sciences DOI:10.16768/j.issn.1004-874X.2023.06.005付婷婷,王昊,赵颖,王蔚兰,王旭.根际 NaCl 浓度对冰菜形态和生理的影响J.广东农业科学,2
2、023,50(6):36-43.根际 NaCl 浓度对冰菜形态和生理的影响付婷婷,王 昊,赵 颖,王蔚兰,王 旭(海南大学园艺学院,海南 海口 570228)摘 要:【目的】探究根际 NaCl 浓度对冰菜的形态和生理的影响,找到适合植物工厂冰菜营养液栽培的适宜 NaCl 浓度,为冰菜植物工厂生产管理提供参考。【方法】以水晶冰菜种子为材料,选用日本园试营养液配方,在人工光下水培,以未添加 NaCl 处理为对照(CK),添加 NaCl 至终浓度分别为 3、6、9、12 g/L(分别记为 T1、T2、T3、T4)。处理 21 d 后,分析不同 NaCl 浓度营养液中冰菜的形态和生理指标,统计表皮盐囊
3、泡面积占比和表皮盐囊泡个数,分析不同 NaCl 浓度与冰菜形态和生理的关系。【结果】从形态指标与质量来看,冰菜在 3 g/L NaCl 浓度营养液中,株高、茎粗、叶面积、地下部鲜质量和地上部鲜质量与 CK 相比无极显著差异;冰菜在 6 g/L NaCl 浓度营养液中株高和地下部鲜质量和地上部鲜质量与 CK 相比显著增高,该浓度对冰菜生长有一定的促进作用;冰菜在 9、12 g/L NaCl 浓度营 养液中株高、茎粗、叶面积、地上部鲜质量呈下降趋势,与 CK差异达到极显著水平,表明冰菜在 9 g/L 和 12 g/L NaCl 浓度营养液中生长受到抑制。从生理指标方面来看,冰菜的可溶性蛋白含量、可
4、溶性糖含量和叶绿素 SPAD 值随 NaCl 浓度升高呈上升趋势,在 12 g/L NaCl 浓度营养液中可溶性蛋白含量、可溶性糖含量和叶绿素 SPAD 值最高,分别比 CK 增加 50.2%、119.5%和 77.9%;从表皮盐囊泡指标来看,冰菜表皮盐囊泡面积占比与表皮盐囊泡个数随营养液中 NaCl 浓度的升高而增大,在 12 g/L NaCl 浓度营养液中达到最大,分别比 CK 增加 54.9%、182.1%。【结论】营养液中 36 g/L NaCl 浓度最适于植物工厂冰菜栽培。关键词:冰菜;盐分浓度;形态;质量;生理;表皮盐囊泡;耐盐性中图分类号:S636.9 文献标志码:A 文章编号:
5、1004-874X(2023)06-0036-08Effects of Rhizosphere NaCl Concentration on Morphology and Physiology of Mesembryanthemum crystallinum L.FU Tingting,WANG Hao,ZHAO Ying,WANG Weilan,WANG Xu(School of Horticulture,Hainan University,Haikou 570228,China)Abstract:【Objective】This study aimed to investigate the e
6、ffects of rhizospheric NaCl concentration on the morphology and physiology of Mesembryanthemum crystallinum L.and determine the suitable NaCl concentration for its hydroponic cultivation in plant factories,providing references for production management.【Method】Crystal M.crystallinum L.seeds were use
7、d as material,and the Japanese garden general formula was selected for cultivation in nutrient solution under artificial light.With no NaCl added as the control(CK),NaCl was added to the final concentration of 3 g/L(T1),6 g/L(T2),9 g/L(T3),12 g/L(T4),respectively.After 21 days of NaCl treatment,the
8、morphological and physiological indicators were analyzed,and the proportion of epidermal salt vacuole area and the number of epidermal salt vacuoles were counted,so as to analyze the relationship between NaCl concentration and the morphology and physiology of M.crystallinum L.【Result】From the perspe
9、ctive of morphological indicators and biomass,there were no significant differences in plant 37【研 究 意 义】冰 菜(Mesembryanthemum crystallinum L.)是番杏科日中花属一年生肉质草本植物,原产于非洲南部,学名冰叶日中花,又名冰花、非洲冰草等,因其叶片背面和茎上着生冰晶一样的透明颗粒而得名。冰菜耐寒、耐旱、耐盐碱,为兼性 CAM(Crassulacean acid metabolism,景天酸代谢)植物。冰菜营养价值丰富1,且多酚(如黄酮)含量丰富,具有良好的抗氧化活
10、性,市场前景广阔2。冰菜属于泌盐植物,在盐碱条件下可以将吸收的多余盐分通过茎、叶表面密布的盐腺排到冰晶状液泡中3。一些地区土壤盐渍化程度日益严重,尤其在干旱地区,由于水资源管理造成的盐渍化会对农业生产造成严重影响4;冰菜可以从土壤中吸收积累盐分,采收后可以降低土壤盐分5,对改善土地盐渍化有很高的研究价值。探究冰菜在不同根际盐分浓度下的表现,可指导植物工厂生产高品质冰菜,对盐渍化土壤或盐碱地利用也具有重要参考。【前人研究进展】根际盐胁迫对植物生长发育具有显著影响,会使植物吸水能力降低,导致植物生长受到抑制。如过量盐分进入植物蒸腾流中,会对叶片细胞造成伤害,当盐分浓度达到阈值,离子毒害就会发生,一
11、旦超过阈值,离子平衡将被打破,引起氧化胁迫等次级反应6。对于某些植物,低浓度盐胁迫可以促进生长发育,并表现出低促高抑的效应7,因此不同植物对盐分浓度有不同的适应性。研究发现,冰菜有很强的耐盐性和泌盐能力,可以在盐度 3.5条件下正常生长8。海水浓度 30%对冰菜株高、根长、叶片数、叶面积和质量影响较轻,可以同时保障冰菜产量与营养品质;海水浓度 40%则明显抑制上述指标9。较低盐分有助于冰菜种子的萌发,使冰菜种子萌发时间延迟10。冰菜能在海水中正常生长,200 mmol/L NaCl 对冰菜生长有一定的促进作用,400 mmol/L NaCl 在短期内显著抑制冰菜生长,一段时间后冰菜可以逐渐适应
12、 400 mmol/L NaCl 环境11。刘慧颖等12研究发现,不同盐分浓度对冰菜株幅的影响主要表现在植株生长后期,且浓度越大株幅增加越快;0.3%、0.5%、0.7%NaCl 溶液处理均可显著提高冰菜植株生长后期的叶绿素含量,并且能够提高冰菜发育前期的可溶性膳食纤维含量、加速黄酮的合成。盐处理可将冰菜收获期延长 1 个月,且幼年食用叶的质量和钙浓度随着盐度的增加而增加13。此外,有研究表明,NaCl 的离子效应可增强冰菜线粒体 ATP 的合成,这可能在冰菜适应盐度中发挥重要作用14。【本研究切入点】目前,对于冰菜在不同盐分浓度中的研究主要集中于向营养液添加海水或 NaCl 并通过测定保护酶
13、活性来解释抗盐机理。然而,将低浓度 NaCl 视为促进因素,在植物工厂人工光栽培条件下添加NaCl 以促进冰菜生长,并从形态与生理方面进行height,stem thickness,leaf area,root fresh weight and shoot fresh weight compared to the CK when M.crystallinum L.was grown in a nutrient solution with a NaCl concentration of 3 g/L.In the nutrient solution with a NaCl concentratio
14、n of 6 g/L,M.crystallinum L.showed significantly increased in plant height,root fresh weight and shoot fresh weight compared to the CK,indicating a certain promotion effect on the growth of M.crystallinum L.However,in the nutrient solutions with NaCl concentrations of 9 g/L and 12 g/L,M.crystallinum
15、 L.exhibited a decreasing trend in plant height,stem thickness,leaf area,and shoot fresh weight with significant differences compared to the CK.This suggests that the growth of M.crystallinum L.is inhibited in nutrient solutions with NaCl concentrations of 9 g/L and 12 g/L.In terms of physiological
16、indicators,the protein content,soluble sugar content,and chlorophyll SPAD value of M.crystallinum L.increased with increasing NaCl concentration,reaching the highest levels in the nutrient solution with a NaCl concentration of 12 g/L,with increases of 50.2%,119.5%,and 77.9%compared to the CK,respect
17、ively.Regarding the epidermal salt vacuole indicators,both the proportion of epidermal salt vacuole area and the number of epidermal salt vacuoles increased with increasing NaCl concentration,reaching the maximum values in the nutrient solution with a NaCl concentration of 12 g/L,with increases of 5
18、4.9%and 182.1%compared to the CK,respectively.【Conclusion】The optimal NaCl concentration for hydroponic cultivation of M.crystallinum L.in plant factories falls within the range of 3-6 g/L.Key words:Mesembryanthemum crystallinum L.;NaCl concentration;morphology;biomass;physiology;epidermal salt vesi
19、cle;NaCl tolerance38阐述的研究较为少见。【拟解决的关键问题】本研究通过在不同NaCl浓度的营养液中培育冰菜,观测其生长和生理情况,以期找出冰菜种植最适宜的 NaCl 浓度区间,为冰菜适宜的营养液栽培中 NaCl 添加浓度提供参考。1 材料与方法1.1 试验材料试验于 2022 年 35 月在海南大学园艺学院进行,选用青海省兴海县禾之源农业发展有限公司提供的水晶冰菜种子。1.2 试验方法将冰菜种子置于湿润滤纸上,采用同规格滤纸覆盖,喷水湿润后置于透明盒中催芽,待约 80%种子发芽后,转移至海绵块中,开启LED 灯进行营养液栽培。营养液选用日本园试配方,供应采用时控开关,供液
20、15 min,停止供液45 min,往复循环;开灯时光强 PPFD=200(10)mol/m2 s,光照时间设定为 6:00 20:00,室内温度控制在 25以下。在育苗层培养 20 d 后移栽至栽培层,移栽7 d后向营养液中加入NaCl溶液,使营养液中 NaCl 浓度达到 0、3、6、9、12 g/L(用CK、T1、T2、T3、T4 表示)。每个处理 4 次重复,每次重复 18 株冰菜,每隔 7 d 更换一次营养液。1.3 测定项目及方法处理 21 d 后测定各处理冰菜植株的生长指标。用直尺测量株高,取定植板向上至叶部顶端距离15;用游标卡尺测量茎粗,测量地上部与根部交接点以上 1 cm 处
21、;地上部和地下部鲜质量使用 BSA2202S 电子天平(德国赛多利斯,精度0.01 g)称量,根冠比=根鲜质量/地上部鲜质量;根长取茎基部至最大根长的根尖处;取植株自上而下第 5 片叶,采用 LI-3100C 台式叶面积仪(美国 LI-COR 公司)测定叶面积。选取自下而上第5 片叶采用 SPAD-502 叶绿素仪(日本美能达)测定叶绿素 SPAD 值;可溶性糖含量采用蒽酮比色法16测定,可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法16测定;采用体视显微镜观察叶片表面,调查表皮盐囊泡面积占比与表皮盐囊泡数量17。每个处理分别取 5 株,3 次重复,试验数据采用SAS 软件 Duncan 多重比较法进行统计分
22、析。2 结果与分析2.1 不同 NaCl 浓度营养液中冰菜的形态指标从图 1 可以看出,与 CK 相比,T1 和 T2 处理中冰菜的根长、叶面积、株高呈增长趋势,T2处理冰菜较为健壮,CK 和 T1 处理冰菜形态差异不明显;与 CK 相比,T3 和 T4 处理冰菜的株高、叶面积变小。由表1可知,T2处理冰菜的株高最高、为 141.7 mm,显著高于 CK,茎粗、根长和叶面积与 CK 相比则无显著差异。当营养液中 NaCl 浓度超过 6 g/L 时,冰菜的株高、茎粗和叶面积均表 1 不同 NaCl 浓度营养液中冰菜的形态指标Table 1 Morphological indexes of Mes
23、embryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrationsNaCl 浓度NaCl concentration(g/L)株高Plant height(mm)茎粗Stem thickness(mm)根长Root length(mm)叶面积Leaf area(cm)0(CK)124.66.0 bA1.6930.020 aA177.531.0 aA38.6502.521 aA3(T1)140.62.6 aA1.6870.019 aA182.215.6 aA43.9502.489 aA6(T2)
24、141.74.2 aA1.7670.084 aA184.33.1 aA45.5002.931 aA9(T3)99.41.3 cB1.4130.066 bB204.015.4 aA27.3630.868 bB12(T4)79.53.7 dC0.8630.012 cC147.218.9 aA20.4400.997 cB 注:同列数据后小写英文字母不同者表示差异显著,大写英文字母不同者表示差异极显著。Note:Different lowercase letters after data in the same column represent significant differences,diff
25、erent capital letters represent extremely significant differences.CKT1T2T3T4图 1 不同 NaCl 浓度营养液中冰菜的生长状况Fig.1 Growth status of Mesembryanthemum crystallinum L.in nutrient solution with different NaCl concentrations39随 NaCl 浓度增加而显著下降,T4 处理中冰菜株高、茎粗和叶面积最低,分别为 79.5 mm、0.863 mm 和 20.440 cm,表明营养液中盐分浓度高于6 g/L
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