模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗生長和光系統(tǒng)Ⅱ的影響

侯薪鑫，陳智鑫,吉仁慈，朱義勇，柴源，高帥，張秀麗(東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗生長和光系統(tǒng)Ⅱ的影響

侯薪鑫，陳智鑫,吉仁慈，朱義勇，柴源，高帥，張秀麗
(東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為探明SO2濕沉降對(duì)桑樹(Morusalba)幼苗生長和葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)的影響，本研究利用Na2SO3和NaHSO3的混合液(濃度比為3∶1)模擬SO2濕沉降，連續(xù)處理兩年齡的桑樹幼苗28 d。結(jié)果表明，經(jīng)濃度為50和100 mmol·L-1的混合液處理后，桑樹幼苗的葉片出現(xiàn)明顯的灼燒傷斑，葉片光合能力顯著低于對(duì)照(P<0.05)，株高、分枝數(shù)、葉片數(shù)也明顯比對(duì)照低。而20 mmol·L-1模擬SO2濕沉降顯著提高了桑樹幼苗葉片光合能力(P<0.05)，增加了株高、分枝數(shù)和葉片數(shù)(P<0.05)，促進(jìn)了桑樹的生長?？焖偃~綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)分析表明，50和100 mmol·L-1混合液處理桑樹幼苗，PSⅡ單位反應(yīng)中心吸收的能量(ABS/RC)、反應(yīng)中心消耗的能量(DIo/RC)和反應(yīng)中心用于還原QA的能量(TRo/RC)與對(duì)照差異不顯著(P>0.05)，而反應(yīng)中心用于電子傳遞的能量(ETo/RC)、照光2 ms時(shí)有活性反應(yīng)中心的開放程度(Ψo)值和吸收光能用QA-以后的電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)值均較對(duì)照略有下降(P>0.05)，同時(shí)非光化學(xué)淬滅的最大量子產(chǎn)額(φDo)值則上升(P<0.05)，說明50和100 mmol·L-1SO2濕沉降并未影響PSⅡ反應(yīng)中心對(duì)光能的吸收，過剩的光能用于非光化學(xué)淬滅，光合性能指數(shù)PIABS顯著下降(P<0.05)，是因?yàn)镻SⅡ中電子傳遞到受到了抑制。本研究結(jié)果證明，濃度≤20 mmol·L-1SO2濕沉降有利于PSⅡ功能和活性提高，提高了桑樹光合速率，促進(jìn)了桑樹生長。

硫沉降；氣孔限制；光化學(xué)淬滅；葉綠素?zé)晒?；光能分配；反?yīng)中心；光合參數(shù)

中國是以富硫能源為燃料的國家之一，尤其是東北地區(qū)，冬季寒冷，主要以燃煤供暖，同時(shí)隨著水泥、冶金、煤氣水電等工業(yè)的發(fā)展，汽車數(shù)量增多，大量的SO2輸向大氣，導(dǎo)致空氣中SO2含量增加[1]。迄今為止，大氣SO2沉降對(duì)植物影響的相關(guān)研究越來越深入，目前認(rèn)知中，SO2對(duì)植物生長代謝[2]、光合作用[3-4]以及抗性[5]等方面的影響具有雙重性。低劑量的SO2沉降被植物吸收后，可被同化為含硫氨基酸，參與葉綠體的合成，有利于植物的生長[6]。高劑量的SO2沉降可引起雨水酸化，進(jìn)而導(dǎo)致土壤酸化，間接影響植物生長發(fā)育[7]；亦或是直接通過減少葉綠素含量，阻礙光合作用等重要生命進(jìn)程[8]。另有研究發(fā)現(xiàn)，多種園林綠化植物對(duì)SO2吸收能力和抗性不同[9-11]，植物對(duì)SO2脅迫響應(yīng)生理機(jī)制存在物種差異[12]，其中加楊(Populuscanadensis)、旱柳(Salixmatsudana)和花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)對(duì)SO2的抗性強(qiáng)，榆樹(Ulmuspumila)、京桃(Prunusdavidiana)和桑樹(Morusalba)等對(duì)SO2的抗性中等，而美青楊(Populusnigravar.italica×Populuscathayana)和丁香(Syringaoblata) 等對(duì)SO2的抗性弱[13]。當(dāng)前，我國在污染源層面上治理雖有成效，但尚不能完全依賴于此，為此，城市栽種綠化植物是凈化城市大氣中硫化物污染有效途徑之一[14]。深入探索比較植物對(duì)大氣SO2的吸收和抗性閾值及其機(jī)制，可為城市綠化及植樹造林工程樹種的選擇提供參考依據(jù)。

隨著國家“東桑西移、南桑北移”工程的實(shí)施，加之桑樹生長迅速、抗逆性強(qiáng)，可栽植范圍推廣，使其在水土保持、荒地治理、退耕還林以及城市綠化等工程中，被廣泛開發(fā)應(yīng)用[15]。研究表明，桑樹對(duì)鹽[16]、干旱[17]、酸雨[18]等方面有很強(qiáng)的耐受性，在大氣SO2和鉛復(fù)合污染區(qū)域可以正常生長[19]；而在高濃度SO2環(huán)境中，桑樹葉片葉綠素含量減少，抗氧化酶活性隨著SO2濃度的升高先升后降[20]。葉綠素?zé)晒馀c光合作用反應(yīng)過程息息相關(guān)。葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)被稱為植物光合原初反應(yīng)無損傷的探針[21]，可以探測植物葉片熒光變化，尤其是可以測算出光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)生理狀態(tài)的葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP)，已經(jīng)成為探索逆境對(duì)植物光合作用影響機(jī)制的重要手段之一[22]。目前，有關(guān)SO2沉降對(duì)桑樹葉片PSⅡ中電子傳遞和光能分配等方面研究尚不多見。為此，本研究采用快相熒光動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)來著重分析探索桑樹不同濃度SO2濕沉降，對(duì)桑樹幼苗生長及葉片PSⅡ的影響，探索桑樹葉片光合生理過程對(duì)SO2脅迫響應(yīng)的機(jī)制，以期為桑樹在大氣SO2污染地區(qū)的種植開發(fā)提供參考依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 材料和處理方法

試驗(yàn)所用桑樹為兩年齡“秋雨?！钡膶?shí)生苗，試驗(yàn)于2015年5月在東北林業(yè)大學(xué)植物營養(yǎng)學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，在試驗(yàn)之前為避免試驗(yàn)材料大小不同而造成的差異性，將所有幼苗統(tǒng)一處理，只保留主根和主莖各5 cm，然后將幼苗移栽到適宜大小的培養(yǎng)缽中，每缽定植3株。為確保試驗(yàn)土壤相對(duì)一致性，將培養(yǎng)苗木所需的草碳土均勻混合后再與蛭石按1∶1混合裝盆，待幼苗培養(yǎng)30 d以后，桑樹植株長出6～7個(gè)葉片時(shí)，挑取長勢一致的桑樹苗進(jìn)行試驗(yàn)(6月初)。本研究以SO2進(jìn)入細(xì)胞溶于水后主要以濃度比為3∶1的亞硫酸根和亞硫酸氫根離子狀態(tài)存在為依據(jù)，根據(jù)儀慧蘭等[23]的方法，配制濃度比為3∶1的Na2SO3和NaHSO3的混合液，最終濃度分別為20、50、100 mmol·L-1，以噴蒸餾水為對(duì)照,每隔3 d，早晚各噴施一次，噴施時(shí)用噴霧器對(duì)葉片正反面均噴施，直至葉片尖端流下細(xì)密液滴為止。處理28 d后，桑葉表面出現(xiàn)病斑時(shí)，測定桑樹的生長指標(biāo)、光合參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，每個(gè)處理設(shè)5次重復(fù)。

1.2 測定方法

1.2.1 測定光合氣體交換參數(shù) 選取生長狀態(tài)較為一致的桑樹苗，利用Li-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)(LiCOR inc，USA)對(duì)桑樹苗主干的第3片或第4片完全展開葉進(jìn)行測定[24]。該系統(tǒng)可記錄輸出的主要光合氣體交換參數(shù)：葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2的濃度(Ci)。

1.2.2 測定葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP) 桑樹葉片經(jīng)過0.5 h暗適應(yīng)，利用掌上葉綠素?zé)晒鈨x(FluorPen FP 100 max，捷克)，選擇從上至下第3或4片完全展開葉進(jìn)行OJIP的測定，利用測得的從10 μs到1 s的相對(duì)熒光值繪制OJIP曲線，其中曲線上O、J、I和P點(diǎn)分別為當(dāng)時(shí)間為0、2、30和1 000 ms時(shí)曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，K點(diǎn)表示0.3 ms時(shí)曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)，而L點(diǎn)表示0.15 ms時(shí)曲線上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)。對(duì)O-J曲線和O-K曲線分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并進(jìn)行作差處理。另外，分析葉綠素?zé)晒鈪?shù)：PSⅡ最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、光合性能指數(shù)(PIABS)、OJIP 曲線上J點(diǎn)的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度(VJ)、QA被還原的最大速率(Mo)、照光2 ms時(shí)活性反應(yīng)中心的開放程度(Ψo)、光化學(xué)反應(yīng)的最大量子產(chǎn)額(φPo)、非光化學(xué)猝滅的最大量子產(chǎn)額(φDo)、吸收光能用于QA-以后的電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)、單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)、單位反應(yīng)中心捕獲的用于還原QA的能量(TRo/RC)、單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)和單位反應(yīng)中心耗散掉的能量(DIo/RC)。葉片測定部位應(yīng)選葉基部第3與第4根葉脈之間，距離主葉脈約2 cm左右處。

1.2.3 生長指標(biāo)的檢測 選取長勢相對(duì)一致的桑樹苗，在光合氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定結(jié)束后，測定桑樹幼苗主干的高度為株高，利用游標(biāo)卡尺在主干接近地面處測其莖粗，并統(tǒng)計(jì)單株葉片數(shù)及分枝數(shù)，用直尺測量相對(duì)一致的成熟葉(從上向下數(shù)主干第4到6片展開葉)葉長和葉寬，利用下面公式計(jì)算葉面積：葉面積=葉寬×葉長×0.634 5，其中0.634 5為葉面積矯正系數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2007和DPS 7.05對(duì)測得數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，利用單因素方差分析法(One-way ANOVA)以及最小顯著差異法(LSD)比較不同處理組間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗生長的影響

噴施模擬SO2濕沉降的Na2SO3和NaHSO3的混合液后，桑樹幼苗葉片最初邊緣變褐、焦枯，出現(xiàn)類似燒焦的痕跡(圖1)。隨著噴施時(shí)間的延續(xù)，變褐焦枯的面積逐漸增大，處理28 d后，濃度為50和100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合液處理的桑葉脫落，且濃度越大脫落的越多，而濃度為20 mmol·L-1混合液處理的桑樹葉片表面僅出現(xiàn)零星傷斑，葉色濃綠。

濃度為20 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合液處理桑樹幼苗的株高、莖粗、分枝數(shù)和葉片數(shù)分別較CK高出39.06%(P<0.05)、15.76%(P>0.05)、73.81%(P<0.05)和69.09%(P<0.05)；濃度為50 mmol·L-1處理組的株高和莖粗較CK分別略高6.01%(P>0.05)和3.8%(P>0.05)，分枝數(shù)和葉片數(shù)分別較對(duì)照低16.67%(P>0.05)和4.20%(P>0.05)；濃度為100 mmol·L-1處理組桑樹株高、莖粗、分枝數(shù)和葉片數(shù)分別較CK低8.18%(P>0.05)、0.60%(P>0.01)、66.67%(P<0.01)和25.55%(P<0.01)；各濃度處理的桑樹葉面積較CK均減小，但其與CK間的差異不顯著(P>0.05)(表1)。

圖1 模擬不同濃度SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗生長的影響Fig.1 Effects of simulating different concentration SO2 on mulberry seedlings growth

處理Treatment/mmol·L-1株高Height/cm莖粗Stemdiameter/cm分枝數(shù)Numberofbranch葉片數(shù)Numberofleaf葉面積Leafarea/cm20(CK)51.08±3.50bB0.4696±0.0222aA4.2±3.3bB27.40±9.71bAB42.74±12.99aA2071.03±11.51aA0.5436±0.0899aA7.3±5.1aA46.33±26.08aA39.13±25.15aA5054.15±6.22bB0.4876±0.0734aA3.5±1.9bB26.25±12.84bB37.70±8.31abA10046.90±7.10bB0.4668±0.0437aA1.4±2.6cC20.40±9.94cC32.59±6.22abA

注: 同列不同小寫字母表示不同處理組之間差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。表2同。

Note：Different lowercase and capital letters within the same column showed significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively; similarly for Table 2.

2.2 模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

濃度為20 mmol·L-1模擬SO2濕沉降處理桑樹葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)和氣孔導(dǎo)度(Gs)較CK分別高出8.81%(P>0.05)、11.41%(P>0.05)和9.10%(P>0.05)。而濃度為50 mmol·L-1和100 mmol·L-1的SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片光合作用有明顯抑制，這兩種濃度處理的Pn值較CK分別降低了42.75%(P<0.01)和68.85%(P<0.01)；而Gs值較CK分別降低了36.36%(P<0.05)和59.09%(P<0.01)；Tr值較CK分別降低了13.53%(P>0.05)和36.60%(P<0.05)，胞間CO2濃度(Ci)則較CK分別升高了6.15%(P>0.05)和10.62%(P<0.05)，氣孔限制值(Ls)較CK分別降低了13.04%(P<0.01)和17.39%(P<0.01)。

2.3 模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片葉綠素快相熒光動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP)的影響

模擬SO2濕沉降的混合液改變了桑樹OJIP曲線的形態(tài)(圖2)，其中濃度為20 mmol·L-1處理的桑樹葉片，F(xiàn)o、FJ、FI和FP都有所上升，較CK分別升高了9.7%(P<0.05)、9.4%(P<0.05)、8.9%(P<0.05)和5.4%(P<0.05)；濃度為50和100 mmol·L-1處理組的Fo和FJ值較CK略有升高，但差異不顯著(P>0.05)，兩處理的FI和FP較CK略有降低，其中50 mmol·L-1混合液處理而FI和FP分別下降了2.3%(P>0.05)和7.1%(P>0.05)，100 mmol·L-1的混合液處理組FI和FP較CK分別下降了7.5%(P>0.05)和12%(P<0.05)。

將各處理桑樹幼苗葉片的OJIP曲線按O-P標(biāo)準(zhǔn)化后可以發(fā)現(xiàn)，20和50 mmol·L-1處理對(duì)桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化O-P曲線的影響較小，各點(diǎn)相對(duì)可變熒光與CK之間均無顯著差異(P>0.05)，而100 mmol·L-1處理卻使桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化O-P曲線上J點(diǎn)和I點(diǎn)的相對(duì)可變熒光明顯增加(圖2)。分別將SO2各濃度處理下桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化O-P曲線與CK做差值也可以看出，高濃度SO2處理下桑樹幼苗葉片與CK的相可熒光差值ΔVt明顯大于CK，其中，50 mmol·L-1處理中僅2 ms時(shí)即J點(diǎn)的ΔVt差異較為明顯，而100mmol·L-1除了J點(diǎn)外，30ms時(shí)即I點(diǎn)的ΔVt差異同樣比較明顯。

表2 模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片光合氣體交換參數(shù)的影響Table 2 Effects of simulating SO2 wet deposition on photosynthetic gas parameters of mulberry

圖2 SO2濕沉降對(duì)桑樹O-P曲線的影響Fig. 2 Effects of simulating SO2 wet deposition on O-P curve of mulberry

注：柱形圖上標(biāo)注小寫字母不同則表示不同SO2濃度處理間差異顯著(P<0.05)。

Note:Different lowercase letters for the same parameter indicate significant difference among different SO2treatments at the 0.05 level.

2.4 SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

隨著模擬SO2濕沉降濃度增加，光合性能指數(shù)(PIABS)值逐漸下降，濃度為20、50和100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合液處理較CK分別降低了12.32%(P>0.05)、26.10%(P<0.05)和44.16%(P<0.01)(圖3)。模擬SO2濕沉降各處理桑樹葉片PSⅡ潛在最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)值較CK略有降低(P>0.05)，濃度為20和50 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合液處理桑樹葉片PSⅡ潛在活性(Fm/Fo)和PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fo較CK也略有降低(P>0.05)，而濃度100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合液處理桑樹葉片F(xiàn)m/Fo和Fv/Fo較CK分別降低了14.79%(P<0.05)和17.09%(P<0.05)。說明高濃度SO2濕沉降混合液對(duì)桑樹葉片PSⅡ活性具有抑制作用。

圖3 SO2濕沉降對(duì)桑樹葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Fig.3 Effects of simulating SO2 wet deposition on O-J and O-K curves of mulberry

表示OJIP曲線J點(diǎn)(2 ms)關(guān)閉的反應(yīng)中心的數(shù)量或QA的還原量(VJ)和表示QA被還原的相對(duì)速率的相對(duì)可變熒光的初始斜率(Mo)，可用于分析逆境脅迫對(duì)桑樹葉片PSⅡ電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)氧化還原狀態(tài)的影響。本研究表明：濃度為20 mmol·L-1模擬SO2混合液處理對(duì)桑樹葉片VJ和Mo的影響不大，較CK分別高出5.97%(P>0.05)和4.34%(P>0.05)；而隨著SO2濕沉降濃度增加，VJ與Mo增幅越明顯，濃度為50 mmol·L-1模擬SO2的混合液處理的Mo和VJ較CK分別升高了14.77%(P<0.05)和23.86%(P<0.01)，濃度為100 mmol·L-1模擬SO2混合液處理，Mo和VJ較CK分別高出14.38%(P<0.05)和25.57%(P<0.01)。

OJIP曲線的L點(diǎn)(0.15 ms)和K點(diǎn)(0.3 ms)的標(biāo)準(zhǔn)化的可變熒光(VL和VK)，可用于分析桑樹葉片PSⅡ電子傳遞鏈上供體側(cè)放氧復(fù)合體(OEC)活性和類囊體膜的穩(wěn)定性，定量分析表明，濃度為20 mmol·L-1處理的桑樹葉片的VL和VK均與CK差異不大(圖3)。50 mmol·L-1處理的桑樹葉片的VL和VK較CK分別升高了14.17%(P<0.05)和22.06%(P<0.05)，而濃度為100 mmol·L-1處理的桑樹葉片的VL與VK較CK分別顯著下降了15.42%(P<0.05)和25.21%(P<0.05)。

模擬SO2濕沉降處理后的桑樹葉片反應(yīng)中心吸收的能量(ABS/RC)值、單位反應(yīng)中心用于還原QA能量(TRo/RC)值和單位反應(yīng)中心消耗的能量(DIo/RC)值均與CK差異不顯著(P>0.05)(圖3)。而與CK相比，濃度為20 mmol·L-1模擬SO2沉降混合液處理后，桑樹葉片單位反應(yīng)中心捕獲的用于電子傳遞的能量(ETo/RC)值下降了4.59%(P<0.05)；而濃度為50和100 mmol·L-1混合液處理組的ETo/RC分別下降了8.44%(P<0.05)和11.66%(P<0.01)。而用于非光化學(xué)淬滅最大量子產(chǎn)額φDo隨著SO2濕沉降濃度的增加而增大，隨著SO2濕沉降濃度的增加所吸收光能用于QA以后電子傳遞鏈的量子產(chǎn)額(φEo)逐漸降低，但用于表示PQ庫容的VI值在模擬SO2濕沉降各濃度處理之間差異不大。

3 討論

在本研究中，模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹幼苗光合參數(shù)的影響具有劑量效應(yīng)，≤20 mmol·L-1模擬SO2濕沉降處理的桑樹葉片Pn、Gs和Tr上升，而Ci下降，Ls無變化，說明低濃度SO2處理對(duì)桑樹的光合性能具有促進(jìn)作用。處理一段時(shí)間后，促進(jìn)效應(yīng)直接體現(xiàn)在桑樹幼苗生長指標(biāo)即桑樹幼苗株高、分枝數(shù)和葉片數(shù)明顯高于CK。柯裕州[17]研究認(rèn)為，在抵御較低程度的脅迫時(shí)，桑樹的Pn會(huì)增加，積累更多的同化物，以抵御逆境對(duì)桑樹的危害。除此外，在本研究中，低濃度SO2(≤20 mmol·L-1)濕沉降對(duì)桑樹的生長具有促進(jìn)效應(yīng)的可能原因還包括兩點(diǎn)：其一，低濃度的SO2作為必需元素，參與細(xì)胞的代謝和組成，繼而促進(jìn)桑樹生長；其二，桑樹對(duì)大氣中SO2具有一定的抵抗性。為此，可以考慮在SO2低濃度污染區(qū)種植桑樹，凈化空氣。

通常情況下，植物葉片Pn下降由氣孔限制因素和非氣孔限制因素導(dǎo)致，當(dāng)Pn下降伴隨著Gs、Ci和Ls下降時(shí)，意味著氣孔因素導(dǎo)致Pn的下降；Pn和Gs下降、Ci值上升，Ls值不變或上升，表明這是由非氣孔因素造成Pn的下降[25]。在本研究中，隨著模擬SO2濕沉降濃度的升高(≥50 mmol·L-1)，Pn下降、Ci上升、Ls下降，說明Pn降低可能是由氣孔因素和非氣孔因素共同導(dǎo)致的，即植物在受到SO2刺激時(shí)氣孔開度和蒸騰速率下降，同時(shí)CO2的同化受到抑制[12]，由此造成的過剩光能，可能直接或間接地影響植物葉片PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能[26-27]。相對(duì)具有表征性的光合氣體交換參數(shù)，具有內(nèi)稟性的葉綠素?zé)晒鈪?shù)更能深入分析PSⅡ?qū)饽艿奈?、傳遞、激發(fā)和分配等情況[28]，并且可快速準(zhǔn)確地分析出逆境對(duì)植物光合作用中PSⅡ的傷害位點(diǎn)[29-30]。在本研究中，模擬SO2沉降處理改變了桑樹葉片OJIP曲線的形態(tài)，其中，濃度為20 mmol·L-1模擬SO2沉降處理的各關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的熒光強(qiáng)度增加，對(duì)桑樹葉片PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能具有促進(jìn)效應(yīng)。而高濃度50和100 mmol·L-1的模擬SO2沉降處理，OJIP曲線各關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的熒光強(qiáng)度都明顯下降，說明PSⅡ結(jié)構(gòu)和功能可能受到抑制。在50 mmol·L-1混合液處理組，OJIP曲線出現(xiàn)K拐點(diǎn)，而在100 mmol·L-1的混合液處理組，除了K點(diǎn)外，L點(diǎn)的可變熒光強(qiáng)度均表現(xiàn)下降的趨勢。K點(diǎn)的出現(xiàn)，意味著放氧復(fù)合體(OEC)可能遭到破壞，L點(diǎn)的出現(xiàn)，表示類囊體膜的穩(wěn)定性下降，即PSⅡ供體側(cè)電子傳遞受到抑制[31-32]。在PSⅡ受體側(cè)QA-的積累量(VJ)和QA被還原的速率(Mo)值均顯著提高，各濃度處理中VI值與CK差異不顯著，即說明PSⅡ受體側(cè)電子傳遞受阻位點(diǎn)是QA到QB[33-34]。導(dǎo)致PSⅡ電子在受體和供體側(cè)傳遞受阻的原因，可能是高濃度的HSO3-和SO32-的混合液進(jìn)入細(xì)胞后在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化成SO32-，破壞了受體側(cè)和供體側(cè)的離子平衡，導(dǎo)致PSⅡ電子傳遞受到影響[35]。有些植物受到某些脅迫時(shí)，可能會(huì)引起PSⅡ反應(yīng)中心的可逆性失活，失活的反應(yīng)中心將成為一個(gè)能量陷阱，可吸收光能但不傳遞到下一級(jí)電子傳遞鏈中，在逆境解除之后，失活的反應(yīng)中心又可恢復(fù)活性，這是植物對(duì)于逆境的一種適應(yīng)性機(jī)制[36]。正常情況下，PSⅡ反應(yīng)中心捕獲光能用于下一級(jí)的能量傳遞，剩余的能量以熱能形式消耗掉。本研究中，高濃度SO2處理組，桑樹葉片單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)值、單位反應(yīng)中心用于還原QA能量(TRo/RC)值和單位反應(yīng)中心消耗的能量(DIo/RC)值均與CK差異不顯著，單位反應(yīng)中心用于電子傳遞的能量(ETo/RC)顯著下降，非光化學(xué)淬滅的最大量子產(chǎn)額(φDo)增大，說明在濃度≥50 mmol·L-1SO2脅迫下，反應(yīng)中心活性未受影響，而用于電子傳遞的能量下降，說明其吸收過剩的光能以熒光和熱耗散等非光化學(xué)淬滅消耗。

光合性能指數(shù)(PIABS)和PSⅡ潛在最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)通常用作評(píng)價(jià)植物對(duì)逆境抗性強(qiáng)弱的主要熒光參數(shù)。在本研究中Fv/Fm對(duì)SO2脅迫不敏感，本課題組前期發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)v/Fm值也不能作為耐旱性的有效參數(shù)[16]，其原因在于Fv/Fm僅能反映反應(yīng)中心的光能捕獲情況，而干旱和SO2脅迫并不影響PSⅡ反應(yīng)中心捕獲光能。而PIABS可反映光合反應(yīng)中心吸收光能的情況，同時(shí)還可反映光合電子從PSⅡ傳遞到PSⅠ能力大小。說明高濃度的SO2抑制PSⅡ的電子傳遞，直接導(dǎo)致PSⅡ向PSⅠ電子傳遞能力降低，有可能抑制PSⅠ的生理功能，而具體的影響程度需要進(jìn)一步的探索?？傊?，低濃度SO2(≤20 mmol·L-1)濕沉降對(duì)桑樹的生長具有促進(jìn)效應(yīng)，其可能的原因是，低濃度的SO2作為必需元素，參與細(xì)胞的代謝和組成，繼而促進(jìn)桑樹生長，同時(shí)也證明桑樹對(duì)SO2污染具有一定的抵抗性。

4 結(jié)論

高濃度的SO2濕沉降(≥50 mmol·L-1)通過抑制PSⅡ電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)放氧復(fù)合體(OEC)的活性及受體側(cè)QA向QB電子傳遞，導(dǎo)致桑樹幼苗葉片光合性能下降，進(jìn)而抑制桑樹幼苗的生長，而低濃度的SO2濕沉降(≤20 mmol·L-1)可明顯提高桑樹葉片的光合性能，促進(jìn)桑樹幼苗的生長。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Effect of simulated SO2wet deposition on growth and photosystem Ⅱ of mulberry seedlings

Hou Xin-xin, Chen Zhi-xin, Ji Ren-ci, Zhu Yi-yong, Chai Yuan, Gao Shuai, Zhang Xiu-li
(College of Life Science, Northeast Forest University, Harbin 150040, China)

In order to reveal effects of SO2wet deposition on growth and photosystem Ⅱ(PSⅡ)of mulberry seedlings, Na2SO3and NaHSO3mixture (molar concentration ratio of 3∶1) were used to simulate SO2wet deposition for foliage spraying for 28 days. The results showed that significant burns spot appear in leaves in treatments of 50 and 100 mmol·L-1simulation SO2wet deposition, meanwhile, photosynthetic ability was significantly lower than control(P<0.05), in addition, the plant height, branch number and leaf number were reduced significantly. However, the photosynthetic capacity of leaves were increased, and then, the plant height, branch number and leaf number were increased significantly, promoted the growth of mulberry. Rapid chlorophyll fluorescence kinetics parameter analysis showed that the absorbed light reaction center (ABS/RC), reaction center of dissipated energy (DIo/RC) and capture reaction center for energy reduction QA(TRo/RC) in treatments of 50 and 100 mmol·L-1were no significant difference with CK. While, the reaction center capture of the energy for the electron transfer (ETo/RC), active reaction center of the light at 2 ms, open degree of active reaction center (Ψo) and absorb the light energy used for electron transfer quantum yield after QA-(φEo) were decreased. Meanwhile, the maximum amount quantum yield of photochemical quenching (φDo) was rised, which indicated that the light energy absorption of the reaction center were not affect in treatments of 50 and 100 mmol·L-1, while, excess light energy was used in the non-photochemical quenching, photosynthetic performance index (PIABS) were dropped significantly(P<0.05), the reasons of the electron transport in the PSⅡ were suppressed. In this experiment, the PS Ⅱ function and activity of mulberry were improved under ≤20 mmol·L-1SO2wet deposition, which could promote the mulberry growth.

sulfur deposition; stomatal limitation; photochemical quenching; chlorophyll fluorescence; absorbed light allocation; reaction center; photosynthetic parameter

Zhang Xiu-li E-mail:xlz619@yeah.net

2016-07-15 接受日期：2016-09-20

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2572017CA21)；黑龍江省青年科學(xué)基金項(xiàng)目(QC2016018)；國家自然科學(xué)基金(C160704)；黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12543013)；東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目

侯薪鑫(1994-)，女，遼寧大連人，在讀本科生，主要從事植物生物學(xué)研究。E-mail:1518571270@qq.com

張秀麗(1980-)，女，吉林舒蘭人，講師，博士，主要從事植物生理生態(tài)學(xué)研究。E-mail:xlz619@yeah.net

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Q949.737.4;Q945.3

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