不同鋁濃度下杉木幼苗葉綠素熒光參數的變化規律

呂蒙蒙 陳宇 林思祖

摘要 以杉木實生苗為材料，采用營養液水培試驗法，同時設置5個鋁脅迫濃度，探究在不同鋁脅迫濃度下葉綠素熒光參數的變化情況。結果表明：隨著鋁脅迫濃度的增加，杉木葉片的葉綠素熒光參數也發生了改變。總的來說，杉木葉片的Fo、Fm和Fv均隨著鋁脅迫濃度的增加呈現出先降低后升高的趨勢;Fv/Fm、QY均表現出先升高后降低再升高最后降低的趨勢;Fv/Fo隨著濃度的增加先降低后升高再降低;Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo以及QY均在1.0 mmol/L時達到最低值;NPQ均明顯高于CK，且隨著鋁濃度的增加變化趨勢與Fv/Fm和QY相一致，且在1.5 mmol/L時達到最高值;Qp均明顯高于CK，且隨著鋁濃度的增加呈現出先升高后降低的趨勢，在鋁濃度為1.0 mmol/L時達最高值。

關鍵詞 杉木;鋁脅迫;葉綠素熒光

中圖分類號 S791.27 ?文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）18-0120-03

Abstract In this experiment， Chinese fir seedlings were used as the material， nutrient solution hydroponics test method was adopted， and five aluminum stress concentrations were set at the same time to explore the changes of chlorophyll fluorescence parameters under different aluminum stress concentrations.The results showed that the chlorophyll fluorescence parameters of Chinese fir leaves changed with the increase of aluminum stress concentration.In general， the Fo， Fm and Fv of Chinese fir leaves decreased first and then increased with the increase of aluminum stress concentration;the values of Fv/Fm and QY showed a trend of increasingdecreasingincreasingdecreasing.The value of Fv/Fo decreased first and then increased and then decreased with the increase of concentration.Fo， Fm， Fv， Fv/Fm， Fv/Fo and QY all reached their lowest values at 1.0 mmol/L.NPQ values were significantly higher than CK， and the trend of change with the increase of aluminum concentration was consistent with Fv/Fm and QY， and reached the highest value at 1.5 mmol/L.All the Qp were significantly higher than CK， and with the increase of aluminum concentration， the Qp values first increased and then decreased， reaching the maximum value at the aluminum concentration of 1.0 mmol/L.

Key words Chinese fir;Aluminum stress;Chlorophyll fluorescence

杉木（Cunninghamia lanceolata）又名沙木、沙樹等，杉科喬木，亞熱帶地區優質速生針葉樹種，林業價值高，且分布廣闊，是我國南方地區經營歷史最長的用材樹種之一[1-3]。杉木的主要栽培區遍及包括臺灣省在內的南方17個省區，而我國南方土壤以酸性紅壤為主，加之近幾十年來工業化發展和人類活動等共同加劇了環境酸沉降過程，導致我國大面積受到酸雨的侵害，進而加劇土壤酸化[4]。土壤酸化往往與鋁毒相伴而生，酸性條件下土壤中的固定鋁不斷溶出，活性鋁增加對植物生長造成嚴重的抑制作用。此外，杉木人工林連栽代數增加，土壤pH下降，將進一步加劇土壤的鋁毒害[5]，如何提高杉木耐鋁能力已成為我們林業生產中亟需解決的問題。

葉綠素熒光分析技術是一種快速、高效、精確且無損傷測定植物葉片的熒光參數以反映植物光合過程動態變化的技術，在測定葉片光合作用過程中光系統在對光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面具有獨特的作用，具有反映“內在性”特點[5-7]。通過觀測植物葉綠素熒光參數的變化，可以研究和分析植物光能利用的一般規律及其在不同外界因素影響下的動態響應，廣泛應用于植物光合生理、抗性育種以及林木引種等方面[8-10]。該試驗以杉木實生苗為材料，采用水培試驗的方法，通過研究不同鋁處理濃度下杉木幼苗葉綠素熒光參數的變化規律，為豐富杉木人工林耐鋁毒研究提供更多的理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以福建尤溪國有林場提供的杉木三代種子園種子為原始材料，經培育后獲得的長勢較一致的實生苗。

1.2 試驗設計

杉木種子用去離子水清洗3遍后，置于初始溫度為45 ℃的超純水中浸泡24 h，期間用玻璃棒攪動。然后去掉浮于水面的癟粒和澀粒，用3 g/L KMnO4 消毒0.5 h，再用去離子水清洗干凈，靜置待用。將浸泡好的種子放在濾紙板上，置于光照14 h（25 ℃）、黑暗10 h（22 ℃），光強110 μmol/（m2·s），相對濕度75%的氣候箱中。萌發15 d后，挑選長勢良好的幼苗移栽至盛有Hoagland-Arnon營養液（pH 為5.5）的培養框中，置于溫室進行水培。控制溫度25 ℃，光照時間12 h/d，光照強度為12 000 lx。每7 d更換1次營養液，培養30 d后選取長勢一致的幼苗進行試驗。鋁濃度設為0（CK）、0.5、1.0、1.5、2.0 mmol/L，共計5個處理，每個處理3 個重復，脅迫30 d后采樣進行測定[11-12]。

1.3 測定指標

將杉木葉片置于暗箱中進行充分暗反應至少20 min，用PSI公司生產的葉綠素熒光成像儀Handy Flu0rCam測定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSⅡ潛在光化學活性（Fv/Fo）、PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）、PSⅡ實際光化學效率（QY）、光化學猝滅系數（Qp）和非光化學猝滅系數（NPQ）等相關參數。每3株葉片為1個重復，共計3個重復[13-14]。

2 結果與分析

2.1 不同鋁濃度對杉木幼苗Fo、Fm、Fv的影響

由表1可知，隨著鋁濃度的增加，杉木葉片的Fo、Fm和Fv均表現出先降低后升高的趨勢。與CK相比，各濃度處理下的Fo、Fm以及Fv顯著降低，尤其當鋁濃度為1.0 mmol/L時達到最低值，與CK相比分別降低了12.1%、15.9%、16.8%，從此時開始，杉木葉片的Fo、Fm和Fv開始逐漸提高。

由表1可知，Fo在鋁濃度CK和1.0 mmol/L、CK和1.5 mmol/L、0.5 mmol/L和1.0 mmol/L以及1.0 mmol/L和2.0 mmol/L 時存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著;Fm在鋁濃度CK和1.0 mmol/L、CK和1.5 mmol/L、CK和2.0 mmol/L、0.5 mmol/L和1.0 mmol/L、1.0 mmol/L和1.5 mmol/L、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L時存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著;Fv在鋁濃度CK和1.0 mmol/L、CK和1.5 mmol/L、0.5 mmol/L和1.0 mmol/L、1.0 mmol/L和1.5 mmol/L、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L時存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著。

2.2 不同鋁濃度對杉木幼苗Fv/Fm、Fv/Fo、QY的影響

由表2可知，隨著鋁濃度的增加，杉木葉片的Fv/Fm表現出先升高后降低再升高最后降低的趨勢;Fv/Fo隨著鋁濃度的增加表現出先降低后升高再降低的趨勢。與CK相比，當鋁濃度為1.0 mmol/L時，Fv/Fm、Fv/Fo均達到最低值，分別與CK相比降低了1.4%、7.0%。杉木葉片的QY隨著鋁濃度的增加所呈現的趨勢與Fv/Fm相一致，與CK相比，當鋁濃度為1.0 mmol/L時，QY達到最低，相比CK降低了1.3%。

由表2可知，Fv/Fm和QY在各處理濃度下的差異均不顯著;Fv/Fo在鋁濃度為1.0、1.5 mmol/L時存在顯著差異，其他水平之間均不顯著。

2.3 不同鋁濃度對杉木幼苗NPQ、Qp的影響 由表3可知，隨著鋁濃度的增加，杉木葉片的NPQ表現出先升高后降低再升高最后降低的趨勢。與CK相比，各濃度處理下的NPQ均大于CK，尤其當鋁濃度為1.5 mmol/L時達最高值，高出CK 36.0%。杉木葉片的Qp隨著鋁濃度的增加表現出先升高后降低的趨勢。與CK相比，各濃度處理下的Qp均明顯高于CK，以1.0 mmol/L時達到最高，高出CK 14.4%。

由表3可知，NPQ在鋁濃度CK和0.5 mmol/L、CK和1.0 mmol/L、CK和1.5 mmol/L、CK和2.0 mmol/L間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著;Qp在鋁濃度CK和0.5 mmol/L、CK和1.0 mmol/L、CK和1.5 mmol/L、CK和2.0 mmol/L、0.5 mmol/L和1.0 mmol/L、1.0 mmol/L和2.0 mmol/L 時存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著。

3 討論與結論

植物葉片是光合作用的主要部位和鋁毒害的關鍵位點之一，植物通過葉綠素捕獲光能獲得能量，這一過程所產生的熒光信號可以對植物生理變化產生敏感反映，因此可以把葉綠素熒光參數作為衡量植物體在逆境脅迫條件下耐受性的一項重要指標[15]。

一般而言，初始熒光Fo用于表示PSⅡ反應中心的基本狀態，Fo或降低或升高，降低可能因為脅迫引起天線熱耗散導致光合色素的損失;升高可能是相對過剩的光能損害了PSⅡ反應失活，也有可能是2種因素互相影響的結果。Fm和Fv分別指最大熒光和可變熒光，用來表示光系統PSⅡ的電子傳遞情況和PSⅡ反應中心活性的高低[16]。該試驗發現，Fo、Fm和Fv隨著鋁濃度增加的變化趨勢一致，并且均低于CK，表明在鋁脅迫下杉木葉片光合能力受到抑制。

Fv/Fm主要指光系統PSⅡ的光化學效率，而且該值的大小與植物光合速率密切相關，該試驗中發現，Fv/Fm隨著濃度的增加呈現出先升高后降低再升高最后降低的趨勢;Fv/Fo主要指PSⅡ的潛在光化學活性，該值越高代表具有活性的反應中心數量越多，能更有效地將光能轉化為化學能，該試驗中隨著濃度的增加，Fv/Fo先降低后升高再降低;QY為實際最大光量子產率，可以反映出植物光合電子傳遞速率，是指植物目前的實際最大光合效率，其變化規律與Fv/Fm 相一致;Fv/Fm、Fv/Fo以及QY都以1.0 mmol/L時達到最低值[17-18]。

葉綠素熒光耗散途徑分為非光化學淬滅和光化學淬滅形式。Qp主要指光化學淬滅，是光合作用引起的熒光淬滅，可以反映出植物光合活性的高低，該試驗中鋁脅迫使Qp明顯升高，且隨著濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢;NPQ主要指非光化學淬滅，反映了植物將多余的光能以熱能形式耗散的能力，是逆境脅迫下植物防止過剩光能對光合機構造成破壞的一種重要保護機制。該試驗中不同鋁濃度下的NPQ均升高，表明鋁脅迫抑制了杉木對光能的利用，進而對杉木生長造成一定的影響[19-20]。

隨著鋁脅迫濃度的增加，杉木葉片的葉綠素熒光參數發生了改變。總的來說，杉木葉片的Fo、Fm和Fv均隨著鋁脅迫濃度的增加呈現出先降低后升高的趨勢;Fv/Fm、QY均表現出先升高后降低再升高最后降低的趨勢;Fv/Fo隨著濃度的增加先降低后升高再降低;Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo以及QY均在1.0 mmol/L時達到最低值;NPQ均明顯高于CK，NPQ隨著鋁濃度的增加變化趨勢與Fv/Fm、QY一致;Qp均明顯高于CK，且隨著鋁濃度的增加呈現出先升高后降低的趨勢，鋁濃度1.0 mmol/L時達最高值。

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