吳飛燕，伊力塔，李修鵬，殷秀敏，劉美華，余樹(shù)全*

（1.亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江 臨安 311300；3.浙江省寧波市林業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 寧波 315000；4.杭州之江園林綠化藝術(shù)有限公司，杭州 310053）

常綠闊葉林是亞熱帶地區(qū)典型的地帶性植被，并在世界植被中占有重要地位。經(jīng)過(guò)多年的研究，對(duì)我國(guó)亞熱帶地區(qū)常綠闊葉林，在區(qū)系組成、物種多樣性、外貌結(jié)構(gòu)、演替、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及優(yōu)勢(shì)樹(shù)種光合生理生態(tài)特性等方面均進(jìn)行了大量的研究[1-2]，并積累了許多資料。但有關(guān)我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的幼苗葉片在不同脅迫條件下的光合生理生態(tài)特征的研究報(bào)道較少。

光是植物生存和生長(zhǎng)發(fā)育最重要的環(huán)境因子之一，植物與光環(huán)境的關(guān)系一直是植物生理生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著生長(zhǎng)光強(qiáng)的變化，植物能夠在形態(tài)及生理方面產(chǎn)生可塑性反應(yīng)，以適應(yīng)變化的光環(huán)境。植物適應(yīng)光環(huán)境變化的能力決定了其分布模式和物種豐富度[3]，如陽(yáng)性先鋒樹(shù)種具有較強(qiáng)的光合碳同化能力、高光補(bǔ)償點(diǎn)和高光飽和點(diǎn)等特征[4]；而陰性樹(shù)種適應(yīng)林下弱光照環(huán)境，具有較低的光補(bǔ)償點(diǎn)和較高的表觀量子效率，且對(duì)林下光斑利用能力較強(qiáng)[5]。當(dāng)植物葉片吸收的光能不能完全用于光合作用時(shí)，過(guò)量的光能就會(huì)降低植物的光化學(xué)效率，發(fā)生光抑制現(xiàn)象[6-7]。

本文以我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林區(qū)常見(jiàn)的建群樹(shù)種石櫟（Lithocarpus glaber）為研究對(duì)象，利用葉綠素?zé)晒鉁y(cè)定技術(shù)，測(cè)定了不同遮光條件下石櫟幼苗葉片在不同月份的葉綠素?zé)晒鈪?shù)及葉綠素含量等光合生理指標(biāo)的變化，以探討石櫟幼苗對(duì)光強(qiáng)的生理生態(tài)適應(yīng)，為亞熱帶常綠闊葉林生態(tài)系統(tǒng)的植被恢復(fù)研究提供科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)地概況

實(shí)驗(yàn)地設(shè)在浙江農(nóng)林大學(xué)苗圃，位于119°44′E，30°16′N，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，溫暖濕潤(rùn)，四季分明，具有春多雨、夏濕熱、秋氣爽、冬干冷的氣候特征。全年日照時(shí)數(shù)1 847.3 h，全年降雨量1 628.6 mm，全年平均氣溫16.4℃，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-9.2℃，年無(wú)霜期250 d左右。土壤為黃壤。

2 材料與方法

2.1 材料和處理

試驗(yàn)材料為石櫟，屬殼斗科（Fagaceae），為我國(guó)亞熱帶常綠闊葉林常見(jiàn)建群樹(shù)種。雌雄同株，雌雄異花[8]，多生于海拔300～900 m的雜木林中，喜光，喜深厚肥沃土壤，較耐陰，耐干旱瘠薄，萌芽力強(qiáng)[9]。

采用控制實(shí)驗(yàn)法，黑色尼龍網(wǎng)眼布遮光大棚，使棚內(nèi)相對(duì)光強(qiáng)（Relative intensity，RI）分別控制在75%、50%，以全自然光照條件（光強(qiáng)100%）為對(duì)照。試驗(yàn)樹(shù)種采用隨機(jī)區(qū)組分組法，于2007年3月移栽于水肥基本一致的試驗(yàn)地，幼樹(shù)在40%自然光下的蔭棚下遮蔭緩苗。然后將其隨機(jī)分成三組，栽培。試驗(yàn)區(qū)具有一致的栽培基質(zhì)，即黃壤。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)栽植30株。于2007年8月，分別進(jìn)行3種不同的光強(qiáng)處理，即：高光強(qiáng)（RI為100%，作為對(duì)照CK）；以一層黑色尼龍網(wǎng)遮蔭為中度光強(qiáng)（RI為75%）處理；以兩層黑色尼龍網(wǎng)遮蔭為低光強(qiáng)（RI為50%）處理。每個(gè)遮蔭棚選取15～20株長(zhǎng)勢(shì)一致且良好的幼苗掛牌，每棵植株間保持一定距離，避免相互遮蔭。常規(guī)管理，及時(shí)除草和防病蟲(chóng)害。

遮蔭時(shí)間為2007年8月～2009年10月。分別于2008年4月和9月、2009年4月和9月，進(jìn)行各指標(biāo)的測(cè)定。

2.2 測(cè)定方法

2.2.1 葉綠素含量的測(cè)定

于2008年4月和9月，2009年4月和9月測(cè)定石櫟葉片葉綠素相對(duì)含量，選取5～7片葉，測(cè)定10次取其平均值[10]。利用便攜式葉綠素含量測(cè)定儀（SPAD-502，Japanese）測(cè)定葉中部的SPAD計(jì)數(shù)值，代表葉綠素相對(duì)含量。

2.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測(cè)定

采用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x（PAM-2100，Walz Germany）測(cè)定石櫟幼苗葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)。測(cè)定時(shí)間與2.2.1一致。從每個(gè)遮陰處理中隨機(jī)選擇5株植株，選取每棵植株中上部第3～5片成熟葉片中的一片，對(duì)其掛牌，在晴天上午9:00～11:00進(jìn)行連體測(cè)定。所得參數(shù)值是5個(gè)數(shù)值的平均值。

根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)：原初熒光（Fo）、最大熒光（Fm）和光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm），可以計(jì)算下列熒光參數(shù)[11-14]：暗適應(yīng)后PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）；光適應(yīng)下PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量（ΦPSII）；非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）。其中，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo測(cè)定前，葉片經(jīng)過(guò)20 min暗適應(yīng)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS軟件，采用單因素方差分析方法，分析不同遮陰處理間光合生理相關(guān)指標(biāo)差異的顯著性；同時(shí)，采用多因素方差分析方法，分析光強(qiáng)和測(cè)量季節(jié)因素對(duì)石櫟葉綠素相對(duì)含量和熒光參數(shù)的影響；在數(shù)據(jù)分析前，對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性與齊性檢驗(yàn)；最后利用Sigma Plot作圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同光強(qiáng)下石櫟葉綠素相對(duì)含量

葉綠素是綠色植物光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，葉綠素含量的多少及消長(zhǎng)規(guī)律是反映葉片生理活性變化的重要指標(biāo)[15]。

圖1 不同光強(qiáng)下石櫟葉綠素相對(duì)含量的季節(jié)變化Fig.1 Seasonal variation of chlorophyll relative content of Lithocarpus glaber under different light intensities

從圖1可以看出，相同季節(jié)里，石櫟在不同遮光處理?xiàng)l件下的葉綠素含量不同，其中50%輻射強(qiáng)度處理下，葉綠素含量最高，這也是石櫟處于低光脅迫環(huán)境下所形成的一種生理適應(yīng)，使其更耐弱光，盡可能地吸收較多的光能，供光合作用需求。

3.2 不同光強(qiáng)下石櫟PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）和PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）

光系統(tǒng)Ⅱ的最大熒光效率（Fv/Fm）及其潛在活性（Fv/Fo）是衡量植物光能利用能力大小的指標(biāo)，F(xiàn)v/Fm和Fv/Fo值越大，表明該植物的光能利用潛力越大。

從圖2可以看出，不同光照處理對(duì)石櫟葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的Fv/Fm和Fv/Fo均有顯著影響，且各光照處理的葉片葉綠素參數(shù)Fv/Fm和Fv/Fo值均顯著高于全對(duì)照（100%）條件，且隨著遮蔭程度的升高而上升。說(shuō)明石櫟PSⅡ光反應(yīng)中心的內(nèi)稟光能轉(zhuǎn)化效率和潛在活性均隨著遮蔭程度的提高而上升，是對(duì)遮蔭環(huán)境的響應(yīng)與適應(yīng)。在該地區(qū)適當(dāng)降低光強(qiáng)或生長(zhǎng)在林下的石櫟幼苗利用光的能力更強(qiáng)，生長(zhǎng)更好。

圖2 不同光強(qiáng)下石礫的PSⅡ原初光能轉(zhuǎn)化效率（Fv/Fm）和PSⅡ的潛在活性（Fv/Fo）季節(jié)變化Fig.2 Seasonal variation of Fv/Fm and Fv/Fo of Lithocarpus glaber under different light intensities

3.3 不同光強(qiáng)下石櫟PSⅡ光合電子傳遞效率（ΦPSII）

在低光照條件下，PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSII通常較高，因?yàn)槿~片吸收的光能中有較大的比例被用于光化學(xué)反應(yīng)；而在高光強(qiáng)條件下，由于葉片吸收光能的很大比例通過(guò)非化學(xué)過(guò)程而散失，所以經(jīng)過(guò)高光強(qiáng)照射的葉片其實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII較低。

由圖3可知，在低光照下，石櫟PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率ΦPSII具有最高值，而且顯著高于其他光照條件，且9月份的ΦPSII高于4月份的ΦPSII，兩年具有一致的變化趨勢(shì)。

3.4 不同光強(qiáng)下石櫟非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）

當(dāng)植物吸收的光能超過(guò)所能利用的能量時(shí)，一般會(huì)通過(guò)非輻射的熱耗散及相關(guān)途徑將過(guò)剩的光能耗散掉[16]。

圖3 不同光強(qiáng)下石櫟的PSⅡ光實(shí)際光化學(xué)效率ΦPSII季節(jié)變化Fig.3 Seasonal variation of Lithocarpus glaber ΦPSIIunder different light intensities

由圖4可知，隨著光照強(qiáng)度的降低，反應(yīng)熱耗散的非化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）降低。與ΦPSII的變化規(guī)律相反，隨著遮蔭度的增加，非光化學(xué)猝滅系數(shù)qN值越來(lái)越小，因?yàn)槭瘷的芨玫倪m應(yīng)遮蔭環(huán)境，充分利用光能，而減少熱耗散，以適應(yīng)遮蔭的影響。

圖4 不同光照處理石櫟的非化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）季節(jié)變化Fig.4 Seasonal variation of Lithocarpus glaber qN under different light intensities

3.5 光照和季節(jié)的交互作用對(duì)石櫟葉綠素指標(biāo)的影響

結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 光照、季節(jié)及二因素交互作用對(duì)石櫟葉綠素含量、熒光參數(shù)的二元方差分析Table1 Binary variance analysis of light,season and interaction of two factors Lithocarpus glaber chlorophyll content and fluorescence parameters

由表1可知，經(jīng)過(guò)兩年的光照處理后，光強(qiáng)和季節(jié)、以及光強(qiáng)和季節(jié)的交互作用，對(duì)石櫟的葉綠素含量、Fv/Fm、Fv/Fo、ΦPSII和qN都有顯著影響，且石櫟幼苗的葉綠素相對(duì)含量、ΦPSII和qN的影響顯著高于季節(jié)對(duì)它的影響，而對(duì)Fv/Fm和Fv/Fo的影響顯著低于季節(jié)的影響，說(shuō)明光強(qiáng)和季節(jié)對(duì)石櫟幼苗葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響不完全一樣。

4 討論與結(jié)論

葉綠素是植物的光合色素，具有吸收和傳遞光量子的功能，其含量是衡量植物對(duì)光能利用能力的指標(biāo)。而且，植物的光合作用與葉綠素含量密切相關(guān)。一般情況下，適當(dāng)遮光的葉片其葉綠素相對(duì)含量較全光照條件高。在本研究中，石櫟幼苗葉綠素含量隨著光照強(qiáng)度的降低而增加，其中9月份葉綠素含量較高，這與前人的研究結(jié)果是一致的[17-20]，而在弱光條件下植株的葉綠素a、b及葉綠素總量都有所增加，這有利于植物更好地吸收光能和更有效地進(jìn)行光合作用。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析在植物生理方面應(yīng)用廣泛，而熒光參數(shù)Fv/Fm和Fv/Fo是研究植物光合生理狀態(tài)的重要參數(shù)。Fv/Fm是指PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，反映PSⅡ反應(yīng)中心內(nèi)稟光化學(xué)效率，同時(shí)也反映開(kāi)放的PSⅡ反應(yīng)中心捕獲激發(fā)能的效率；Fv/Fo反映PSⅡ的潛在活性[21]。PSⅡ的最大光化學(xué)效率和PSⅡ潛在活性的提高有利于光合色素把所捕獲的光能以更高的速度和效率轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，從而為碳同化提供更充足的能量，有效改善葉片的光合功能，有利光合速率的提高[22]。從本研究結(jié)果可見(jiàn)，隨著遮蔭程度的提高，石櫟的葉綠素參數(shù)Fv/Fm和Fv/Fo值均依次上升，說(shuō)明遮光處理提高了PSⅡ反應(yīng)中心光化學(xué)效率和潛在活性，可能是由于遮光使PSⅡ吸收的光能較多地分配給光合電子傳遞用于葉片的光合作用，從而表現(xiàn)出較高的電子傳遞速率，也是石櫟對(duì)弱光環(huán)境適應(yīng)能力的體現(xiàn)。不同月份石櫟幼苗的葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)生長(zhǎng)光強(qiáng)的響應(yīng)有所不同，無(wú)論是4月還是9月，在50%生長(zhǎng)光強(qiáng)下石櫟幼苗的Fv/Fm、Fv/Fo和ΦPSII均顯著高于全光照條件；75%生長(zhǎng)光強(qiáng)下石櫟幼苗的Fv/Fm、Fv/Fo和ΦPSII也顯著高于全光照條件，是石櫟適應(yīng)弱光環(huán)境的表現(xiàn)。

本研究表明，石櫟能夠成為常綠闊葉林較為常見(jiàn)的建群樹(shù)種，與其對(duì)光強(qiáng)的適應(yīng)性有關(guān)，低光環(huán)境下石櫟有較高的表觀量子效率和光化學(xué)效率以及相對(duì)葉綠素含量，表明其有充分利用低光的潛力，可以在林下或者弱光區(qū)良好生長(zhǎng)。但是，由于本研究試驗(yàn)材料為石櫟幼苗，所以還需根據(jù)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證其結(jié)果。

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