酸雨脅迫對毛竹葉片光合速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

王玉魁，郭慧媛，閻艷霞,，張汝民，高巖，溫國勝

1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心//浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)//亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；3. 國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003

酸雨脅迫對毛竹葉片光合速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

王玉魁1，郭慧媛1，閻艷霞1,3*，張汝民2，高巖2，溫國勝2

1. 國家林業(yè)局竹子研究開發(fā)中心//浙江省竹子高效加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 浙江農(nóng)林大學(xué)//亞熱帶森林培育國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；3. 國家林業(yè)局泡桐研究開發(fā)中心，河南 鄭州 450003

為探討酸雨脅迫下毛竹（Phyllostachys pubescens）色素含量變化及其對光合速率和葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的影響，試驗(yàn)?zāi)M酸雨（SO42-∶NO3-=4∶1摩爾比），設(shè)定pH 2.5、4.0、5.6和6.9（CK），對毛竹3年生盆栽實(shí)苗進(jìn)行處理，測定了葉片色素含量、凈光合速率（Pn）、葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)并進(jìn)行分析。結(jié)果表明：pH 5.6酸雨處理增加了毛竹葉片中葉綠素a（Chl a）和類胡蘿卜素（Car）含量，使得光合速率（Pn）升高；pH 4.0和pH 2.5處理使Chl a、Car、Chl a+b、Chl a/b降低，Pn下降；隨著處理時間延長影響效果越明顯，75 d時Pn與對照（CK）相比差異極顯著。pH 4.0和pH 2.5處理使熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線的IPJ點(diǎn)熒光強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度降低，處理75 d時初始熒光（F0）降低11.73%和17.59%，峰值P點(diǎn)熒光（Fp）降低25.46%和31.41%，反應(yīng)中心密度（RC/CSo）降低22.94%和26.22%，實(shí)際量子產(chǎn)額（Yield）下降20.41%和35.31%、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）下降15.48%和19.42%，表觀光合電子傳遞速率（ETR）下降22.02%和25.14%，非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）上升23.16%和33.46%。pH 5.6處理使熒光強(qiáng)度升高，F(xiàn)0和Fp分別比CK增加30%和18.57%，qP和ETR上升8.38%和13.53%，qN下降17.65%。酸雨脅迫使毛竹葉片天線色素吸收能量（ABS/RC）、捕獲能量（TRo/RC）和熱耗散能量（DIo/RC）升高；以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIABS）、最大光化學(xué)效率（φPo）、電子傳遞量子產(chǎn)額（φEo）、電子傳遞效率（ψo(hù)）和電子傳遞能量（ETo/RC）降低。輕度酸雨處理促進(jìn)毛竹葉片光合色素合成并提高 Pn，重度酸雨脅迫下光合色素含量降低，Pn下降。熒光誘導(dǎo)動力學(xué)曲線OJIP曲線及JIP-test分析可作為快速檢測毛竹在酸雨脅迫條件下生理響應(yīng)機(jī)制的方法。

酸雨脅迫；光合速率；葉綠素；熒光參數(shù)；毛竹

酸雨對植物的直接傷害主要發(fā)生在葉片上，一定強(qiáng)度的酸雨會導(dǎo)致植物葉片表層結(jié)構(gòu)和膜系統(tǒng)損傷，引起植物細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化（殷秀敏，2010），影響植物細(xì)胞對物質(zhì)的選擇性吸收（Back et al.，1992；李志國等，2007），使植物生理代謝出現(xiàn)紊亂（趙則海，2014）。酸雨脅迫會影響植物的葉綠素組成和含量（曹洪法等，1983；嚴(yán)重玲等，1995；張耀明等，1996；蔣馥蔚等，2009），干擾植物正常的光合生理功能（謝寅峰等，2008；Magel et al.，1990；魯美娟等，2009），影響植物葉片氣孔正常開放，導(dǎo)致光合速率的顯著下降（邱棟梁等，2002）。但不同樹種光合作用對酸雨脅迫的響應(yīng)有所區(qū)別。齊澤民等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，低濃度酸雨（pH 4.0～5.6）處理對杜仲（Eucommia ulmoides）最大凈光合速率無顯著影響。李萬超等（2008）研究認(rèn)為，一定程度的酸雨脅迫才能顯著降低木荷（Schima superba）和青岡（Quercus glauca）的最大凈光合速率。單運(yùn)峰等（1988）認(rèn)為pH 2.0酸雨處理使杉木（Cunninghamia lanceolata）和馬尾松（Pinus massoniana）的凈光合速率顯著降低，而pH>2.0酸雨處理下兩種植物的凈光合速率均無顯著變化。Lee et al.（1990）的試驗(yàn)結(jié)果是pH 3.0酸雨處理下，火炬松（Pinus taeda）幼苗的蒸騰速率和凈光合速率均顯著增大。金清等（2010）研究認(rèn)為，酸雨處理前期，高濃度的酸雨脅迫對苦櫧（Castanopsis sclerophylla）幼苗葉綠素含量、光合生理參數(shù)有顯著影響，但隨著酸雨處理時間的延長，對苦櫧幼苗的影響逐漸減小。也有研究發(fā)現(xiàn)，酸雨中的 NO3-會引起植物葉片葉綠素含量上升（Shan，1998），在一定程度上提高凈光合速率（Hogan，1998）。可見，酸雨對植物的影響除了酸度以外還取決于酸雨的硫氮比值，較低的硫氮比可能會減緩酸雨對植物的負(fù)面作用（Tamm et al.，1977）。

目前，毛竹（phyllostachys pubescens）在酸雨脅迫條件下光合色素含量變化及其對毛竹光合生理功能的影響研究鮮有報道。我國酸雨發(fā)生面積約150萬 km2，集中分布在長江以南地區(qū)，這也是我國竹子資源主要分布區(qū)。毛竹是我國分布面積最廣，社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益較高的竹種，在我國竹產(chǎn)業(yè)中具有極其重要的地位（許改平等，2014）。本文綜合分析了酸雨脅迫對毛竹葉片光合色素、凈光合速率和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響，旨在探究毛竹對酸雨脅迫的光合生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)苗木為3年生毛竹實(shí)生苗，苗高約1 m，于2013年4月移栽到高26 cm、直徑35 cm的花盆中，每盆1株，紅壤土（pH 6.0，有機(jī)質(zhì)含量4.12 g·kg-1）栽培。盆栽苗置于溫室中常規(guī)管理，緩苗期間用自來水澆灌。

1.2 試驗(yàn)方法

2013年6月選取長勢相近的盆栽苗24盆，隨機(jī)分為4組，每處理組6株重復(fù)，進(jìn)行人工酸雨噴施。脅迫處理第15 d開始對毛竹葉片中光合色素指標(biāo)進(jìn)行測定，每15 d測定一次。模擬酸雨的配制根據(jù)浙江省臨安市酸雨監(jiān)測分析資料，用濃硫酸和濃硝酸配制酸雨母液，按照酸雨中SO42-∶NO3-=4∶1（摩爾比）的比例配制，每次噴施前用蒸餾水分別稀釋成pH 2.5、4.0和5.6的酸液，對照（CK）用pH 6.9的自來水噴施（郭慧媛等，2014）。根據(jù)臨安市常年月均降雨量確定酸雨噴施量，每周噴施 2次，每次每盆噴施100 mL。

1.3 測定指標(biāo)和方法

1.3.1 色素含量測定

將新鮮的毛竹葉片洗凈擦干，除去葉主脈剪成0.2 cm的碎片，稱取0.2 g置于具塞試管中，加入10 mL 95%乙醇溶液，置于黑暗處室溫下萃取48 h，每隔12 h搖晃一次，取上清液，使用UV-2550型紫外-可見分光光度計分別測定664、649和470 nm的光密度（optical density，OD）值；按Lichtenthaler（1987）方法計算Chl a、Chl b和Car含量。每個樣品重復(fù)3次。1.3.2 凈光合速率的測定

用LI-6400（LI-COR，USA）便攜式光合儀及LI-6400-02B人工光源測定毛竹葉片的凈光合速率。每次測定時自上向下選取第3片成熟葉片，測定時間在9：00─11：00時進(jìn)行，每處理測試6株。在毛竹葉片凈光合速率的測定過程中選取開放式氣路，設(shè)置氣流速度為0.5 L·min-1，葉溫25 ℃，相對濕度60%，外界CO2濃度為400 μmol·mol-1，用以下公式計算酸雨脅迫下毛竹葉片凈光合速率（Pn），橫坐標(biāo)為酸雨處理時間，縱坐標(biāo)為凈光合速率的值繪圖。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

采用非調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x（PAM-2100，Germany）測定葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)。測定前將毛竹葉片暗適應(yīng)15 min，用強(qiáng)度為3000 μmol·m-2·s-1的發(fā)光二極管光源，閃光照射1 s，以10 μs（2 ms之前）和1 ms（2 ms之后）的間隔記錄葉綠素?zé)晒庑盘枺瑴y得葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線。每個處理6株，每株選取毛竹葉片5片，即每個處理重復(fù)30次，取平均值作為該處理葉片葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線測定值。本文所用快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線（O-J-I-P）的JIP-test參數(shù)見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 酸雨脅迫對毛竹葉片色素含量的影響

酸雨脅迫下毛竹葉片中色素含量發(fā)生了變化（見表2）。酸雨脅迫75 d時，pH 5.6處理使Chl a、Chl b、Car、Chl(a+b)和 Chla/b分別比 CK增加21.86%、0%、26.67%、15.77%和24.25%，pH 4.0處理使之分別減少39.53%、19.28%、6.67%、33.89%和 27.24%，pH 2.5處理使之分別減少 53.49%、22.89%、13.33%、44.97%和 41.04%。從變化過程看，酸雨脅迫15 d，毛竹葉片中Chl a、Car、Chl(a+b)和Chla/b與CK比較均下降，Chl b在pH 4.0和pH 2.5處理下上升，在pH 5.6處理下下降。輕度酸雨（pH 5.6）處理使色素含量升高，可能是由于酸雨中NO3-的施氮效應(yīng)在一定程度上促進(jìn)了色素的合成（Shan，1998），重度酸雨（pH 4.0和pH 2.5）處理使色素含量下降，其原因可能是強(qiáng)酸雨進(jìn)入植物體內(nèi)，導(dǎo)致超氧陰離子自由基大量產(chǎn)生，誘發(fā)膜脂過氧化，使細(xì)胞膜功能受損，進(jìn)而引發(fā)光合色素結(jié)構(gòu)破壞所致（余春珠等，2005；李志國等，2007）。

表1 快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線(O-J-I-P)及JIP-test參數(shù)Table 1 The technical data of the O-J-I-P curves and the selected JIP-test parameters

表2 酸雨脅迫對毛竹葉片色素含量的影響Table 2 Effects of acid rainstress on leaves pigmentscontent of P. pubescens

2.2 酸雨脅迫對毛竹葉片凈光合速率的影響

如圖1所示，酸雨脅迫影響毛竹葉片的凈光合速率（Pn）。在酸雨脅迫初期（15 d），各處理的凈光合速率（Pn）與CK相比差異不顯著（P>0.05），隨著處理時間的延長，pH 5.6處理的毛竹葉片 Pn呈上升的趨勢，在處理 75 d時與 CK相比增加20.6%，差異極顯著（P<0.01）；與之相反，隨著酸雨脅迫時間的延長，pH 4.0和pH 2.5處理毛竹葉片Pn呈逐漸下降趨勢；在處理45 d時，pH 2.5處理與CK的差異顯著（P<0.05），處理60 d時，pH4.0與CK的差異顯著（P<0.05），pH 2.5處理與CK差異極顯著（P<0.01）；在處理75 d時，pH 4.0和pH 2.5處理與CK差異極顯著（P<0.01），分別比CK降低28%和31%。輕度酸雨處理促進(jìn)了毛竹光合作用，而重度酸雨脅迫則使毛竹光合作用效率降低。

2.3 酸雨脅迫對毛竹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

2.3.1 酸雨脅迫下毛竹葉片快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)曲線特征

植物發(fā)出的熒光強(qiáng)度隨時間而變化，在從暗適應(yīng)到暴露在光照條件下時，熒光強(qiáng)度先上升，然后下降。通常將剛暴露在光照下時的最低熒光定義為O點(diǎn)，熒光的最高峰定義為P點(diǎn)，快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線是指從O點(diǎn)到P點(diǎn)的熒光變化過程（李鵬民等，2005），其主要反映了光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的原初光化學(xué)反應(yīng)及光合機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化。圖2是在不同酸雨脅迫下毛竹葉片快速葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué) OJIP曲線的變化情況。試驗(yàn)過程中毛竹葉片各處理在經(jīng)過了暗適應(yīng)進(jìn)入飽和脈沖光照射后，葉綠素?zé)晒庋杆偕仙诮?jīng)過O、J、I和P各點(diǎn)后逐漸趨于平穩(wěn)。初期各處理在 OIJP點(diǎn)增值緩慢，酸雨脅迫15 d時，各處理與CK的差異不顯著（P>0.05）；在脅迫30 d后，以pH 2.5處理在P點(diǎn)的熒光強(qiáng)度迅速減小，隨后（45～60 d）pH 4.0和pH 2.5處理IPJ點(diǎn)的熒光強(qiáng)度均出現(xiàn)不同程度的降低，與CK相比差異顯著（P<0.05），75 d時與CK差異極顯著（P<0.01）；pH 5.6處理60～75 d時IPJ點(diǎn)的熒光強(qiáng)度值則大幅度上升（P<0.01）。

圖1 酸雨脅迫對毛竹葉片凈光合速率的影響Fig. 1 Effects of acid rain stress on net photosynthetic rate in P. pubescens leaves

圖2 酸雨脅迫對毛竹葉片快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線的影響Fig. 2 Effect of acid rain stress on the fast induction curves of chlorophyll fluorescence in P. pubescens leaves

JIP-測定（JIP-test）是以生物膜能量流動為基礎(chǔ)建立的分析方法，利用該方法可以獲得有關(guān) PSⅡ的大量信息。酸雨脅迫下對毛竹葉片的 JIP-test分析見圖3。酸雨脅迫15～30 d,毛竹葉片初始熒光（Fo）、P點(diǎn)熒光（Fp）、最大光化學(xué)效率（φPo）、電子傳遞量子產(chǎn)額（φEo）及電子傳遞效率（ψo(hù)）等參數(shù)變化均不顯著（P>0.05）。隨著脅迫時間延長，45 d時，pH 2.5處理使Fo、Fp、φPo、反應(yīng)中心密度（RC/CSo）、天線色素吸收能量（ABS/RC）和捕獲能量（TRo/RC）下降；pH 4.0處理使Fp、φPo、φEo、ψo(hù)、TRo/RC、電子傳遞能量（ETo/RC）和以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIABS）下降；pH 5.6處理則使Fo、Fp、φEo、ψo(hù)、TRo/RC、RC/CSo、PIABS上升。試驗(yàn)到75 d時，pH 4.0和pH 2.5處理使F0分別降低11.73%和17.59%，差異顯著（P<0.05）；使Fp降低25.46%和31.41%，RC/CSo降低22.94%和26.22%，PIABS降低49.14%和56.14%，差異極顯著（P<0.01）；ETo/RC降低 5.47%（P>0.05）和15.20%（P<0.05）；使φPo、ψo(hù)和φEo不同程度降低（P>0.05）；使ABS/RC上升14.55%和11.89%（P<0.05），用于熱耗散的能量（Dio/RC）上升35.66%和34.19%（P<0.01）。以pH 5.6處理到75 d時，F(xiàn)o和Dio/RC分別上升30.00%和26.05%，與對照相比差異極顯著（P<0.01）；Fp、RC/CSo、ABS/RC和 TRo/RC分別上升18.57%、13.18%、14.86%和12.20%，差異顯著（P<0.05）；PIABS上升41.54%（P<0.01），ψo(hù)和φEo分別上升11.83%和13.88%（P<0.05），φPo和ETo/RC上升但差異不顯著（P>0.05）。

圖3 酸雨脅迫下毛竹葉片JIP-test參數(shù)雷達(dá)圖Fig. 3 The JIP-test parameters radar chart of P. pubescens leaves under acid rain stress

2.3.2 酸雨脅迫對毛竹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

酸雨脅迫下毛竹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)變化見圖4。在酸雨處理15 d時，毛竹葉片光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）、表觀電子傳遞效率（ETR）和PSⅡ的實(shí)際量子產(chǎn)額（Yield）各參數(shù)變化不顯著（P>0.05）。隨著脅迫時間延長，pH 5.6處理的毛竹葉片qP、ETR和Yield逐漸上升，qP在45～75 d時比CK上升5.98%～8.38%，差異顯著（P<0.05），ETR在75 d比CK上升13.53%（P<0.05），Yield上升（P>0.05），qN則在處理到75 d時比CK下降17.65（P<0.05）；pH 4.0和pH 2.5處理使毛竹葉片qP、ETR和Yield隨時間延長逐漸下降，pH 4.0處理在45～75 d時，使qP比CK下降8.27%～15.48%（P<0.05），ETR在60 d時下降17.23%（P<0.05），75 d時下降22.02%（P<0.01），Yield在75 d時下降20.41%（P<0.05）；pH 2.5處理在45和60 d時使qP比CK分別下降12.34%和17.99%（P<0.05），在 75 d時 qP比 CK下降 19.42%（P<0.01）；ETR在45 d時下降17.23%（P<0.05），在 60和 75 d時分別下降 23.59%和 25.14%（P<0.01）；Yield在45和60 d時比CK分別下降16.69%和21.51%（P<0.05），在75 d時下降35.31%（P<0.01）。pH 4.0和pH 2.5處理使毛竹葉片qN上升，pH 4.0處理60 d和75 d時，qN分別上升22.83%和23.16%（P<0.05）；pH 2.5處理45 d和60 d時，qN分別上升18.56%和29.92%（P<0.05），處理75 d時上升33.46%（P<0.01）。

圖4 酸雨脅迫對毛竹葉片調(diào)制葉綠素?zé)晒馓卣鲄?shù)的影響Fig. 4 Effect of acid rain stress on the chlorophyll fluorescence characteristics of modulation parameters in P. pubescens leaves

3 討論

植物葉片是捕獲轉(zhuǎn)換光能和制造有機(jī)物的最重要器官，植物光合能力可以用光合速率（Pn）、PSII實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量（Yield）等指標(biāo)表示（Funk et al.，2013）。植物葉綠素含量變化直接影響其的光合作用過程（尹華軍，2007），葉綠素含量與植物光合作用的捕捉光能力、過剩光能耗散、脅迫氧化產(chǎn)物失活等過程直接相關(guān)。本試驗(yàn)在酸雨脅迫初期（15 d），毛竹葉片中Chl a、Car含量和Chl a+b、Chl a/b均顯著下降，此時，Pn與對照（CK）的差異不顯著。隨著脅迫時間延長，脅迫30～75 d時，以pH 5.6處理的毛竹葉片中Chl a、Chl b、Car含量和Chl a+b升高，Pn呈上升趨勢；而pH 4.0和pH 2.5處理則使Chl a、Chl b、Car含量和Chl a+b及Chl a/b均下降，Pn呈逐漸下降趨勢。試驗(yàn)表明：輕度酸雨（pH 5.6）處理促進(jìn)了毛竹光合作用，而重度酸雨（pH 2.5和pH 4.0）脅迫則使毛竹光合作用效率降低。低硫氮比的酸雨脅迫中NO3-的施氮作用可以在一定程度上緩解輕度酸雨對毛竹的負(fù)面影響，但是當(dāng)pH值過低時，氮肥效應(yīng)無法補(bǔ)償酸雨中由于H+取代卟啉環(huán)中的Mg2+而造成的葉綠素降解對毛竹的傷害，使毛竹葉綠素光合活性下降，并最終抑制毛竹光合作用。此外，逆境脅迫下植物Pn下降受氣孔限制和非氣孔限制兩方面的影（Bethke et al.，1992；劉會超等，2004）。輕度脅迫下以氣孔限制為主，嚴(yán)重脅迫下以非氣孔限制為主（關(guān)義新等，1995）。重度酸雨脅迫誘導(dǎo)植物氣孔部分關(guān)閉，引起植物體內(nèi)外氣體交換參數(shù)變化，導(dǎo)致毛竹葉片Pn下降；同時，酸雨破壞葉片膜系統(tǒng)，降低葉綠素光合活性，并最終影響到葉片的Pn（嚴(yán)重玲等，1995；邱棟梁等，2002）。關(guān)于毛竹在酸雨脅迫條件下對其葉片膜系統(tǒng)的影響機(jī)制和氣體交換參數(shù)變化需進(jìn)一步研究。

試驗(yàn)結(jié)果表明：重度酸雨脅迫，使毛竹葉片在IPJ點(diǎn)的熒光強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度降低，處理75 d時初始熒光（F0）降低11.73%和17.59%，P點(diǎn)熒光（Fp）降低25.46%和31.41%，反應(yīng)中心密度（RC/CSo）降低22.94%和26.22%，實(shí)際量子產(chǎn)額（Yield）下降20.41%和35.31%、光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）下降15.48%和19.42%，表觀光合電子傳遞速率（ETR）下降22.02%和25.14%，非光化學(xué)淬滅系數(shù)（qN）上升23.16%和33.46%。輕度酸雨處理使熒光強(qiáng)度升高，F(xiàn)0和Fp分別比CK增加30%和18.57%，qP和ETR上升8.38%和13.53%，qN下降17.65%。qP是指被PSⅡ天線色素吸收，并用以推動線性光合電子流的能量部分，反映的是PSⅡ原初電子受體QA的氧化還原狀態(tài)、PSⅡ開放中心的數(shù)目或開放程度（Demmigadams et al.，1996）、比例和參與CO2固定電子的多少（孫駿威等，2007；柏祥等，2011），即反映了由光合作用引起的熒光淬滅和光合活性的高低。qP數(shù)值越大，說明PSⅡ的電子傳遞活性越高，qP越小，則PSⅡ的開放程度越低（王可玢等，1997）。本試驗(yàn)輕度酸雨處理時，毛竹通過自身調(diào)節(jié)保持了PSⅡ的電子傳遞活性，使qP數(shù)值上升，但重度酸雨脅迫時電子傳遞受到嚴(yán)重影響。ETR反映了實(shí)際光強(qiáng)條件下的表觀電子傳遞效率（張守仁，1999；胡啟鵬，2008），可作為植物光合電子傳遞效率快慢的指標(biāo)，且與植物凈光合速率相關(guān)（李志博等，2005）。PSⅡ是植物光合機(jī)構(gòu)對環(huán)境脅迫最敏感的部位，葉綠素?zé)晒鈩恿W(xué)參數(shù)的變化在一定程度上反映了外界環(huán)境對植物的影響（許大權(quán)，2002；Force et al.，2003；董瑜等，2013），可作為檢驗(yàn)植物受脅迫傷害程度的指標(biāo)（Krause et al.，1991；Jiang et al.，2003；馬清等，2010），快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線（OJIP）能夠提供關(guān)于PSⅡ的光化學(xué)信息（朱新廣等，1999）。

PSⅡ的電子受體減少，會引起PSⅡ功能下降，表現(xiàn)為ETR的降低（宋維民等，2008；李曉鋒等，2009；齊紅巖等，2011；莫億偉等，2011）。輕度酸雨處理使毛竹葉片電子傳遞效率提高，ETR值上升，但重度酸雨脅迫時電子傳遞受到嚴(yán)重抑制，導(dǎo)致光合電子傳遞速率下降和Pn下降。qN反映了植物 PSⅡ反應(yīng)中心非輻射能量耗散能力的大小，是PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光合電子傳遞，而以熱的形式耗散掉的光能部分（張其德等，2000），其值越大說明植物將捕捉到光能用于光合作用的部分越少，反映了植物耗散過剩光能為熱的能力。熱耗散是一種自我保護(hù)機(jī)制，對光合機(jī)構(gòu)起一定的保護(hù)作用（王學(xué)英等，2005；陳建明等，2006）。毛竹受到重度酸雨脅迫時，qN大幅度上升，表明葉片受到嚴(yán)重脅迫，為防止光合機(jī)構(gòu)受到破壞，使吸收的多余光能以熱的形式耗散掉；而輕度酸雨處理，qN下降，表明尚未對毛竹光合系統(tǒng)造成破壞性傷害。輕度酸雨處理有利于毛竹幼苗的生長，表明毛竹幼苗可能更適于在微酸性環(huán)境中生長，但是隨著酸度加強(qiáng)，其光合作用會受到抑制。酸雨脅迫使毛竹葉片天線色素吸收能量（ABS/RC）、捕獲能量（TRo/RC）和熱耗散能量（DIo/RC）升高；以吸收光能為基礎(chǔ)的性能指數(shù)（PIABS）、最大光化學(xué)效率（φPo）、電子傳遞量子產(chǎn)額（φEo）、電子傳遞效率（ψo(hù)）和電子傳遞能量（ETo/RC）降低。這些參數(shù)的變化，反映了毛竹受酸雨脅迫時其“內(nèi)在性”特征，可作為研究毛竹光合作用與環(huán)境關(guān)系的內(nèi)在探針。

4 結(jié)論

酸雨脅迫對毛竹葉片光合色素含量和光合作用過程產(chǎn)生了不同程度影響，且影響程度隨著脅迫時間的延長和酸度降低（pH值減?。┒鰪?qiáng)。酸雨脅迫對毛竹葉片中Chl a含量影響顯著，而Car和Chl b含量變化對酸雨脅迫的響應(yīng)不敏感。重度酸雨脅迫使毛竹葉片在IPJ點(diǎn)熒光強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度降低，PSⅡ電子傳遞受到抑制，光合電子傳遞速率下降，導(dǎo)致毛竹光合作用效率降低；輕度酸雨處理則使毛竹葉片在IPJ點(diǎn)熒光強(qiáng)度出現(xiàn)不同程度升高，毛竹通過自身調(diào)節(jié)保持了 PSⅡ的電子傳遞活性，促進(jìn)了毛竹葉片的光合作用。

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Effect of Acid Rain Stress on Photosynthetic Rate and Chlorophyll Fluorescence Parameters in Leaves of Phyllostachys pubescens

WANG Yukui1, GUO Huiyuan1, YAN Yanxia1*, ZHANG Rumin2, GAO Yan2, WEN Guosheng2
1. China National Research Center of Bamboo, Key Laboratory of High Efficient Processing of Bamboo of Zhejiang Province, Hangzhou 310012, China; 2. The Nurturing Station for the State Key Laboratory of Subtropical Silviculture, Zhejiang Agriculture and Forestry University, Lin’an 311300, China; 3. Paulownia Research & Development Center of the State Forestry Administration, Zhengzhou 450003, China

In order to discuss the effect of acid rain stress on photosynthetic rate and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Phyllostachys pubescens, 3-year-old potted seedlings were tested for determination of leaves pigment content, net photosynthetic rate (Pn) and chlorophyll fluorescence dynamic parameters by experiment simulation of acid rain (SO42-∶NO3-=4∶1 mole ratio) with pH 2.5, 4.0, 5.6, and 6.9 (CK). Results showed that content Chl a, Car and Pnin leaves increased with the treatment of pH 5.6 acid rain, while Chl a, Car, Ch a+b, Ch a/b and Pndecreased with the treatment of pH 4.0 and pH 2.5. The effect got more apparent as time processing and it was highly significant compared with Pnand CK after 75 d treatment. IPJ fluorescence intensity reduced in diffenent degree with the treatment of pH 4.0 and pH 2.5. When handling 75d , F0reduced by 11.73% and 17.59%, Fpreduced by 25.46 and 31.41%, RC/CSo reduced by 22.94% and 26.22%, Yield reduced by 20.41% and 35.31%, qP reduced by 15.48% and 19.42%, ETR reduced by 22.02% and 25.14%,but qN increased 23.16% and 33.46%. pH 5.6 processing enabled fluorescence intensity rise, F0and Fpincreased by 30% and 18.57% than CK, qP and ETR increased by 8.38% and 13.53%, qN declined by 17.65%. The acid rain stress could rise ABS/RC, TRo/RC, TRo/RC and DIo/RC of bamboo leaf antenna pigment while drop PIABS, φPo, φEo, ψo(hù)and ETo/RC. Mild acid rain treatment promoted the synthesis of photosynthetic pigments and improved Pnwhile severe acid rain stress reduced the content of photosynthetic pigments and decreased Pn. OJIP and JIP-test analysis can be used as rapid methods to test the physiological response mechanism of bamboo under acid rain stress.

acid rain stress; photosynthetic rate; chlorophyll; fluorescence parameters; Phyllostachys pubescens

10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.09.001

Q945.78；X171.5

A

1674-5906（2015）09-1425-09

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國家林業(yè)局948項目（2013-4-23）；國家自然科學(xué)基金項目（30972397）；浙江省科技計劃項目（2012F20025）

王玉魁（1962年生），男，研究員，博士，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)。E-mail: wyukui@126.com *通信作者。E-mail: yanyanxia202@gmail.com

2015-02-11