盐分会对植物产生伤害,抑制植物的生长和发育,限制植物的光合作用。所以,它对作物的产量会有着明显的限制。盐胁迫导致光合作用效率下降的主要原因有以下几个因素:①气孔关闭,导致胞间CO2浓度下降;②非气孔限制如光合膜蛋白的减少;③光合色素含量减少。盐胁迫也会影响到光合作用器官的组分,如酶、光合色素、类囊体膜蛋白及膜脂,盐害的胁迫程度和持续时间以及植物品种的不同使得参数的变化不同[3]。所以,通过对盐胁迫下不同抗性的大豆植株光合作用改变研究可以筛选出产量高的植株。
盐胁迫程度不同对光合作用器官—叶片会产生不同程度的伤害。它除了对叶片表面形态的危害外,最主要伤害是损伤叶绿体的内部结构。在叶肉细胞中,叶绿体是能够感受盐胁迫的最敏感的细胞器。在正常的情况下,高等植物的叶绿体呈近椭圆形,由内膜和外膜包被。叶绿体内膜以内,围绕类囊体膜的区域叫基质,基质的成分主要为可溶性蛋白质和其他代谢活性物质,呈高度流动性状态,具有固定CO2的能力。基质中存在着许多浓绿色的颗粒,称基粒,呈圆饼状。叶绿体的光合色素主要集中在基粒之中,光能转换为化学能的主要过程是在基粒中进行。叶绿体中最重要的结构是被称为类囊体的内膜分支系统,它是光合作用中光反应的场所。大多数类囊体彼此紧密连接,这些层层堆叠的膜被称为基粒片层,暴露在基质中没有堆垛的膜称为基质片层[3]。当植物遭受到盐胁迫后可以发现叶绿体的超微结构发生了明显的变化,例如类囊体排列紊乱、胀大,基粒和基质的片层界限模糊不清,基粒的排列方向会发生改变,被膜破损或消失,甚至会造成解体[4] 。从而降低叶绿素含量,影响植物的光合作用过程,最终导致作物的产量下降。
叶绿素荧光分析技术是近年来在光合作用机理研究中发展起来的一种新型、快速、简便、精确且整体无损伤的新技术,用于检测植物光合作用生理状况。将绿色植物或含叶绿素的部分组织如叶片、芽、嫩枝条、茎或单细胞藻类悬浮液放在暗中适应片刻,然后在可见光照射下,植物绿色组织会发出随时间不断变化的微弱的暗红色强度荧光信号,叶绿素荧光信号能够展现光合作用过程变化的信息,因而被视为植物光合作用与环境关系的内在指标[5]。在正常的情况下,大部分吸收的光能够用来进行光化学反应,仅有少部分以热或荧光的形式耗散掉。但是当植物受到胁迫时,光化学反应会下降,而热耗散和叶绿素荧光形式的耗散增加。因此叶绿素荧光的变化可以反映植物受胁迫的情况[6]。叶绿素含量是植物生长过程中一个重要的生理指标,由于其对周围环境很敏感,并与植物的光合作用、营养吸收等密切相关,叶绿素含量的高低在一定程度上能反应盐胁迫下叶片光合作用能力的大小以及植物受胁迫的程度。
本实验通过研究不同抗性的大豆株系盐胁迫下叶绿素含量以及叶绿素荧光相关参数的差异,筛选出与大豆耐盐胁迫能力密切相关的参数,为在苗期大规模筛选耐盐碱株系提供理论依据。