王 月，許博濤，滕志遠(yuǎn)，張書博，張秀麗，孫廣玉

(東北林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

酸雨指pH<5.6的大氣降水(雨、雪、露、霧)，其內(nèi)含有Na+、K+、Mg+、Ca2+、NH4+、SO42-、F-、Cl-、NO3-和一些有機(jī)物質(zhì)等成分[1]。隨著我國的工業(yè)化進(jìn)程加快，燃煤發(fā)電排放的SO2和煙塵，經(jīng)過復(fù)雜的大氣物理化學(xué)反應(yīng)形成的酸雨已成為不可忽視的重大環(huán)境問題[2]。據(jù)報(bào)道我國的酸雨在時(shí)空分布方面具有明顯差異，而近年來，我國受酸雨危害的范圍由原來的長江以南地區(qū)逐漸向北方擴(kuò)展，東北地區(qū)已成為受酸雨污染嚴(yán)重的區(qū)域[3]。尤其是植物生長旺季(6-8月)酸雨沉降頻率增多,程度增大[4]，而研究表明酸雨對植物生長的影響具兩面性：其一，強(qiáng)酸雨降落在植物器官上使其光合和呼吸等代謝紊亂[5]，更為嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為細(xì)胞壞死[6]、葉片褪綠[7]、植株失水枯萎[8]等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響植物生長；其二，輕度酸雨對某些植物生長無明顯影響[8],甚至可以促進(jìn)某些植物葉片的光合作用[9]，模擬酸雨中主要離子成分是NO3-和SO42-，對N、S代謝能力強(qiáng)的植物可以將其作為營養(yǎng)直接代謝。胡月等[9]發(fā)現(xiàn)，pH≥4.5的模擬酸雨對東北地區(qū)秋雨桑(Morusalba)的光合性能具有良好的促進(jìn)作用，而pH≤3.5的模擬酸雨則抑制桑樹葉片的光合性能。隨著人們對桑樹價(jià)值認(rèn)可程度的提高，桑樹的栽培區(qū)域由原來東南沿海地區(qū)逐漸向東北和內(nèi)陸地區(qū)擴(kuò)張，加之我國“東桑西移，南蠶北移”工程的實(shí)施，各地區(qū)政府扶植力度逐年增加。

桑樹對環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，且用途廣泛，既可入藥，開發(fā)保健、功能性食品，又可以用于防風(fēng)固沙以及作為開發(fā)畜牧業(yè)的新型高蛋白飼料源。為此，近年來在黑龍江省的栽培面積逐年增多，有關(guān)黑龍江省桑樹在施肥量[10]、肥料種類[11]、種植方式[12]等栽培管理措施的研究日益增多，圍繞桑樹對東北地區(qū)特有的環(huán)境因子諸如低溫[13]、干旱[14]和鹽堿[15]等逆境響應(yīng)特征的研究日益深入，主要集中在桑樹葉片的光合性能，相比于具有表征特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)則能更深入地分析葉片光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)對光能的吸收、傳遞、激發(fā)和分配等情況[16]，并且可以快速準(zhǔn)確地分析出逆境對植物光合作用中PSⅡ的傷害位點(diǎn)[17]。PSⅡ是植物類囊體膜上的光能吸收和電子傳遞鏈的組成部分之一，ATP和NADPH的生成速度和數(shù)量均依賴于其活性大小。有關(guān)酸雨對植物葉片PSⅡ的影響的報(bào)道為數(shù)不多，山核桃(Caryacathayensis)葉片光系統(tǒng)Ⅱ反應(yīng)中心在模擬酸雨脅迫下受到傷害，電子傳遞受阻[18]，而細(xì)葉青岡(Cyclobalanopsismyrsinaefolia)幼苗葉片光系統(tǒng)Ⅱ?qū)δM酸雨的反應(yīng)不敏感[19]。而有關(guān)桑樹葉片PSⅡ?qū)λ嵊甑捻憫?yīng)情況尚不明確，為此，本研究擬采用快速葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)，探索模擬酸雨對桑樹葉片PSⅡ的影響，其包括PSⅡ反應(yīng)中心對光能的吸收轉(zhuǎn)化，過剩光能的耗散及反應(yīng)中心的供受體側(cè)電子傳遞等信息，以期為桑樹在酸雨頻發(fā)地區(qū)的栽培管理提供基礎(chǔ)信息。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究于2014年4月28日在東北林業(yè)大學(xué)植物生理實(shí)驗(yàn)室酸雨棚中進(jìn)行，試驗(yàn)品種為一年齡的實(shí)生苗“秋雨桑”，由黑龍江省蠶業(yè)研究所提供。發(fā)芽培育后待供試苗木生長到20 cm時(shí)，移栽到直徑12 cm、高15 cm的培養(yǎng)缽中，為保證試驗(yàn)材料的相對一致性，在移植時(shí)去掉桑樹幼苗分支和葉片，只保留主根和主莖各5 cm，每缽定植2株，共計(jì)80株。培養(yǎng)基質(zhì)則由草炭土和蛭石均勻混合而成。待供試苗木生長到30～40 cm時(shí)，選用長勢一致的桑樹幼苗進(jìn)行模擬酸雨脅迫處理。

1.2 試驗(yàn)處理

本研究共設(shè)3個(gè)模擬酸雨溶液處理，即重度酸雨(pH 3.5)、中度酸雨(pH 4.5)和清水作為對照(CK)。配置的電解質(zhì)母液，其包含的主要離子成分及濃度為31.46 mg·L-1NaF、26.28 mg·L-1KCl、74.91 mg·L-1CaCl2、171.28 mg·L-1MgSO4、82.27 mg·L-1NH4Cl。根據(jù)黑龍江酸雨檢測分析資料[1]，按[SO42-]和[NO3-]比值為1∶3配置酸雨母液，用稀釋1 000倍的電解質(zhì)母液，把酸雨母液分別稀釋成pH為4.5和3.5的模擬酸雨。在室外安裝接收自然降雨的裝置，雨后計(jì)算降雨量，并根據(jù)實(shí)際的降雨量噴施桑樹，為排除酸雨對桑樹根系的影響，噴施酸雨時(shí)用塑料布將盆體覆蓋，同時(shí)考慮到氣孔因素，因此對葉片的正反面均噴施酸雨。噴淋時(shí)間為6-8月，總計(jì)降雨量360 mm，稍高于黑龍江省近52年來的夏季平均降雨量345 mm[20]。

1.3 石蠟切片制作方法和觀察統(tǒng)計(jì)方法

在葉片的第5-6一級脈間靠近主脈的位置取材，然后用FAA(38%甲醛、冰醋酸和70%酒精按1∶1∶18體積比混合)固定后，經(jīng)脫水、二甲苯透明、浸蠟、包埋、切片、貼片(粘片劑為Haupt)、脫蠟、復(fù)水、1%番紅和1%固綠染色、洗滌和脫水、封片干燥后，于光學(xué)顯微鏡(Nikon-E800)鏡檢和拍照。顯微照片用圖像分析軟件Image Tool 3.0進(jìn)行處理，測量出上表皮、下表皮、柵欄組織和海綿組織的厚度[21]。

1.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

利用Mini調(diào)制式掌上葉綠素?zé)晒鈨x(FluorPen FP 100 max，捷克)于2016年8月末對各組酸雨處理中長勢相對一致的10株桑樹幼苗(即10次重復(fù))進(jìn)行測定。將桑樹幼苗的第3片完全展開葉片(從上往下數(shù))進(jìn)行30 min的暗適應(yīng)后，測定葉片的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)曲線。測定部位選擇從葉基部數(shù)起的第3與第4葉脈之間，距離主葉脈大約2 cm處。測量數(shù)據(jù)：原初熒光(Fo)、最大熒光(Fm)、PSⅡ的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)以及通過計(jì)算得到暗適應(yīng)后的PSⅡ的潛在活性(Fv/Fo)等。在OJIP曲線測定過程中，誘導(dǎo)光強(qiáng)為3 000 μmol·(m2·s)-1的脈沖紅光，從10 μs開始記錄相對熒光強(qiáng)度(Fv),共記錄1 s，其中曲線上O、J、I和P點(diǎn)分別表示當(dāng)時(shí)間為0.02、2、30和1 000 ms時(shí)曲線上對應(yīng)的點(diǎn)，利用平均值(10次重復(fù))繪制OJIP曲線。L點(diǎn)表示0.15 ms時(shí)曲線上對應(yīng)的點(diǎn)，K點(diǎn)表示0.3 ms時(shí)曲線上對應(yīng)的點(diǎn)，相對熒光強(qiáng)度分別以FL和FK表示，而L、K、J和I點(diǎn)的相對可變熒光分別以VL、VK、VJ和VI表示，OJIP曲線是按照Strasser和Strasser等[20]的方法JIP-test進(jìn)行分析。

為特異分析J點(diǎn)和I點(diǎn)的相對可變熒光的變化，將OJIP曲線標(biāo)準(zhǔn)化，即將O點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度(Fo)設(shè)為0，而P點(diǎn)相對熒光強(qiáng)度(Fp)設(shè)為1，按公式(Ft-Fo)/(Fm-Fo)求得各時(shí)間點(diǎn)的相對可變熒光，其中Ft表示各時(shí)間點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度。為探究酸雨脅迫對桑樹幼苗葉片放氧復(fù)合體OEC活性和類囊體解離狀態(tài)的影響，即K點(diǎn)和L點(diǎn)的相對可變熒光VL和VK的變化，分別將O-J和O-K曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，其計(jì)算公式分別為(Ft-Fo)/(FJ-Fo)和(Ft-Fo)/(FK-Fo)。計(jì)算模擬酸雨脅迫下處理標(biāo)準(zhǔn)化O-P、O-J和O-K曲線與CK之間的差值，分別用△VO-P、△VO-J、△VO-K表示[22]。

1.5 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用Excel 2003和SPSS 13軟件對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)來表示測定結(jié)果，并采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬酸雨對桑樹葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

與CK相比，pH 4.5模擬酸雨處理可促進(jìn)桑樹幼苗生長(圖1)，同等葉位的葉面積較CK高20.65%(P<0.05，表1)；而pH 3.5的模擬酸雨處理則明顯抑制桑樹幼苗的長勢，同等葉位的葉面積較CK低28.59%(P<0.01)。葉片葉脈間的區(qū)域出現(xiàn)黃色病斑。石蠟切片觀察結(jié)果顯示，pH 4.5與CK的葉片的切面結(jié)構(gòu)相似，柵欄組織和海綿組織細(xì)胞結(jié)構(gòu)正常，邊緣清晰，而pH 3.5處理桑樹葉片石蠟切片，染色顏色較淺，柵欄細(xì)胞和保衛(wèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)異常，邊緣模糊。定量分析發(fā)現(xiàn)，pH 4.5處理桑樹葉片上表皮厚度和下表皮厚度分別比CK低10.23%(P<0.05)和18.32%(P<0.01)，柵欄組織的長度和海綿組織長度也分別比CK低1.5%(P>0.05)和1.8%(P>0.05)，并且葉片總體變薄。

2.2 模擬酸雨對桑樹葉片質(zhì)膜和抗氧化酶活性的影響

模擬酸雨處理的桑樹葉片質(zhì)膜透性的相對電導(dǎo)率和膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量都有所上升(表2)。定量分析發(fā)現(xiàn)，pH 4.5和pH 3.5酸雨處理組的桑樹葉片的相對電導(dǎo)率含量分別比CK高28.06%(P<0.01)和47.16%(P<0.01)，而MDA含量分別比CK高16.67%(P>0.05)和33.33%(P<0.01)，說明高強(qiáng)度的酸雨對桑樹葉膜損傷的程度逐漸加重。與CK相比，模擬酸雨處理組的桑樹葉片含水量分別下降22.25%(P<0.01)和41.86%(P<0.01)。

在不同濃度酸雨脅迫下，葉片中的SOD、POD和CAT活性不同，均表現(xiàn)出隨著pH的降低呈先上升后下降的單峰曲線型變化(表2)。定量分析發(fā)現(xiàn)，pH 4.5酸雨處理桑樹葉片的SOD、POD、CAT分別比CK高6.17%(P<0.01)、1.28%(P<0.01)、14.07%(P<0.01)。而pH 3.5酸雨脅迫時(shí)桑樹的SOD、POD、CAT分別較CK降低了3.35%(P<0.05)、29.79%(P<0.01)、15.85%(P<0.01)。

圖1 模擬酸雨對桑樹葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響Fig. 1 Effect of simulated acid rain on morphological structure of mulberry leaves

指標(biāo) Parameter 處理Treatment清水對照Water(CK)pH 4.5pH 3.5葉面積Leaf area/cm2104.6±4.00bA 126.2±11.61aA74.7±1.69cB上表皮厚度Upper epidermis thickness/μm12.80±0.79aA11.49±0.30bA11.22±0.30bA下表皮厚度Lower epidermis thickness/μm8.95±0.26aA7.31±0.27bB8.51±0.46aA柵欄組織厚度Palisade parenchyma thickness/μm18.35±0.28aA18.07±0.60aA-海綿組織Spongy parenchyma thickness/μm29.21±1.59aA28.67±0.29aA-

同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。表2同。

Different lowercase and capital letters within the same row indicate significant differences at the 0.05 and 0.01 level, respectively; similarly for Table 2.

表2 模擬酸雨對桑樹葉片質(zhì)膜氧化和抗氧化酶活性的影響Table 2 Effect of simulated acid rain on plasma membrane and oxidoreductase in leaves of mulberry seedlings

2.3 模擬酸雨對桑樹葉片OJIP曲線的影響

不同pH模擬酸雨脅迫改變了桑樹葉片OJIP曲線的形態(tài)(圖2)。其中pH 3.5模擬酸雨處理桑樹葉片的O點(diǎn)、J點(diǎn)、I點(diǎn)和P點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度(FO、FJ、FI、Fp)均高于CK，而pH 4.5模擬酸雨處理的O點(diǎn)、J點(diǎn)、I點(diǎn)和P點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度與CK相比均降低。經(jīng)定量分析發(fā)現(xiàn)，pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹葉片的FO、FJ、FI、Fp較CK分別升高18.45%(P<0.05)、27.04%(P<0.05)、22.07%(P<0.05)和13.93%(P>0.05)；而pH 4.5模擬酸雨脅迫下的桑樹葉片F(xiàn)O、FJ、FI、FP較CK分別下降了6.77%(P>0.05)、16.29%(P<0.05)、19.55%(P<0.05)和18.39%(P>0.05)。對OJIP曲線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，發(fā)現(xiàn)pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹葉片的J點(diǎn)明顯高于CK，將模擬酸雨處理組的標(biāo)準(zhǔn)化的OJIP曲線上相對熒光強(qiáng)度與CK作差，pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的VI和VJ分別較對照降低了3.75%和3.28%，差異均不顯著(P>0.05)。pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的VI和VJ較對照增加了8.28%(P<0.01)和14.86%(P<0.05)。pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片I點(diǎn)的相對可變熒光VI和J點(diǎn)的相對可變熒光VJ較CK降低，而pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片VI和VJ則增幅較大。將pH 4.5和pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化O-P曲線分別與對照做差值能夠得出，pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片使VJ的升高幅度大于VI。

圖2 模擬酸雨脅迫對桑樹幼苗葉片OJIP曲線的影響Fig. 2 Effect of simulated acid rain on OJIP transmission in the leaves of mulberry seedlings

2.4 模擬酸雨對桑樹葉片PSⅡ光化學(xué)活性的影響

pH 4.5和pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)和以光吸收為基礎(chǔ)的光合性能指數(shù)(PIABS)均比CK低(圖3)。其中pH 4.5的Fv/Fm較CK降低了5.46%(P<0.01)，PIABS較CK降低了2.74%(P>0.05)；pH 3.5模擬酸雨的最大光化學(xué)效率Fv/Fm較CK降低了4.67%(P<0.01)，PIABS較CK顯著降低了53.91%(P<0.05)。Fv/Fm和PIABS均是反映植物光抑制的重要指標(biāo)，因此可以得出，pH 4.5和pH 3.5模擬酸雨均對桑樹幼苗葉片的光合性能造成了損害。pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片較CK的QA 被還原的相對速率(Mo)略低了12.14%(P>0.05)，而pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的Mo升高幅度為60.76%(P<0.01)。pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的熒光曲線和Fm之間的面積Area較CK的下降了15.12%(P<0.05)，說明pH 4.5的模擬酸雨對于桑樹葉片PSⅡ的抑制位點(diǎn)可能在于供體側(cè)。而pH 3.5處理的較CK升高了11.78%(P<0.05)，說明pH 3.5模擬酸雨脅迫對桑樹幼苗葉片PSⅡ抑制位點(diǎn)可能在于受體側(cè)。

圖3 模擬酸雨對桑樹葉片光化學(xué)效率Mo、Fv/Fm、PIABS和Area的影響Fig. 3 Effect of simulated acid rain stress on Mo, Fv/Fm, PIABS, and area in the leaves of mulberry seedlings

2.5 模擬酸雨對桑樹葉片標(biāo)準(zhǔn)化OJ和OK曲線的影響

模擬酸雨處理改變了桑樹葉片L點(diǎn)和K點(diǎn)的相對熒光強(qiáng)度(圖4)，其中pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的FL和FK與CK相比分別降低了10.40%和13.71%，差異均不顯著(P>0.05)；pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的FL和FK較對照分別升高了41.02%和45.34%，并且各處理之間具有極顯著的差異(P<0.01)。分別將O-K和O-J曲線標(biāo)準(zhǔn)化后可以發(fā)現(xiàn)，pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化O-K曲線上0.15 ms時(shí)即K點(diǎn)的相對可變熒光(VK)以及標(biāo)準(zhǔn)化O-J曲線上0.3 ms時(shí)即L點(diǎn)的相對可變熒光(VL)與CK相比差異明顯。分別將標(biāo)準(zhǔn)化O-K和O-J曲線與CK作差值可以發(fā)現(xiàn)，K點(diǎn)的相對可變熒光與CK之間差異最明顯，而L點(diǎn)的相對可變熒光與CK之間則并未達(dá)到最大差值。由定量分析可知：pH 4.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的VL和VK分別較CK降低了1.91%和4.14%，差異不顯著(P>0.05)；而pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的VL和VK分別較CK增加了83.19%和61.45%，差異極顯著(P<0.01)。

3 討論

植物細(xì)胞受到脅迫時(shí)，活性氧往往會與之增加，植物體內(nèi)保護(hù)酶類如SOD、CAT和POD等在低強(qiáng)度的脅迫下，其活性上升用于清除增加的活性氧；而高強(qiáng)度的脅迫下，大量的活性氧直接破壞生物大分子包括保護(hù)酶[23]。在本研究中，pH 3.5的模擬酸雨處理的桑樹葉片相對電導(dǎo)率和MDA含量顯著上升，而3種保護(hù)酶活性則顯著下降；pH 4.5的模擬酸雨處理的桑樹葉片保護(hù)酶POD、SOD和CAT的活性顯著高于CK，相對電導(dǎo)率和MDA含量明顯低于CK。由此，pH 4.5的模擬酸雨使桑樹自身保護(hù)酶的活性提高，清除活性氧，避免膜質(zhì)過氧化。胡月等[9]發(fā)現(xiàn),pH 4.5的模擬酸雨可促進(jìn)桑樹葉光合性能，通過提高水分利用效率，緩解桑樹葉片的光合午休，使得日同化量顯著增加。但在本研究中,pH 4.5處理的面積增大，但桑樹葉片含水量顯著低于CK，同時(shí)，石蠟切片的結(jié)果顯示，pH4.5處理的桑樹葉片上下表皮厚度以及柵欄組織和海綿組織的長度均低于CK，說明葉片變薄。通常情況下植物營養(yǎng)過剩會出現(xiàn)葉面積增大，葉片變薄的癥狀[24]。而pH 3.5處理的桑樹葉片失綠發(fā)黃，葉片面積和含水量顯著低于CK，石蠟切片結(jié)果顯示，上下表皮厚度高于CK，但二者之間的柵欄組織和海綿組織長度變小，間隙增大，邊緣不清晰，同時(shí)染色發(fā)紅，說明該處理葉片已衰老并木質(zhì)化，前期研究發(fā)現(xiàn)，pH 3.5處理的桑樹葉片光合午休程度加重，且光合氣體交換參數(shù)明顯下降，尤其水分供應(yīng)和運(yùn)輸受到抑制。但對于光合電子傳遞的影響尚不明確[9]。

圖4 模擬酸雨對桑樹幼苗葉片標(biāo)準(zhǔn)化OJ和OK曲線的影響Fig. 4 Effect of simulated acid rain on standard OJ and OK transmission in the leaves of mulberry seedlings

葉綠素?zé)晒馀c光合作用密切相關(guān)，任何環(huán)境因子對植物光合作用的影響都可以通過葉片的葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)來反映[9]。植物光合作用受到抑制首先影響的是PSⅡ，PSⅡ在逆境下的響應(yīng)機(jī)制被認(rèn)為是植物光合作用適應(yīng)逆境最重要的生存策略。光合速率的下降，必然會影響植物對光能的吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，其中最主要的表現(xiàn)是光化學(xué)活性下降[25]。PSⅡ的光化學(xué)效率(Fv/Fm)和以光吸收為基礎(chǔ)的光合性能指數(shù)(PIABS)是研究植物光合生理狀態(tài)的重要參數(shù)[26-27]。pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片F(xiàn)v/Fm和PIABS均顯著低于CK。說明pH 3.5模擬酸雨對桑樹幼苗葉片的光合性能造成了損害?？焖偃~綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP)以及其熒光參數(shù)可深入分析桑樹幼苗在酸雨脅迫條件下的PSⅡ結(jié)構(gòu)、功能以及光化學(xué)活性的變化情況。為分析桑樹光合作用中電子傳遞鏈上各個(gè)電子傳遞位點(diǎn)對模擬酸雨的響應(yīng)，本研究將不同pH 模擬酸雨處理后的桑樹葉片OJIP曲線按O-P標(biāo)準(zhǔn)化后特異分析了L、K、J點(diǎn)和I點(diǎn)的相對可變熒光變化。K點(diǎn)的出現(xiàn)是由于放氧復(fù)合體受損，限制電子供體到次要電子供體Yz的電子傳遞，使從供體側(cè)進(jìn)入反應(yīng)中心和離開反應(yīng)中心到受體側(cè)的電子不平衡[28]，所以K點(diǎn)可作為放氧復(fù)合體(OEC)受傷害的一個(gè)特殊標(biāo)志[29-30]。OEC是PSⅡ反應(yīng)中心氧化端最主要的結(jié)構(gòu)單元，其破壞程度對植物光合作用中的水裂解和電子傳遞產(chǎn)生影響[31]。而OJIP曲線上L點(diǎn)(0.15 ms)的相對可變熒光(VL)上升則是類囊體解離的特異性標(biāo)志[32]。類囊體膜上含有光合色素和電子傳遞鏈組分，光反應(yīng)在此上面進(jìn)行，因此，類囊體的解離會造成葉片光系統(tǒng)功能的破壞，進(jìn)而降低光合作用。熒光參數(shù)中的Mo用于表示QA被還原的相對速率，在本研究中，pH 3.5模擬酸雨處理桑樹葉片的Area較對照顯著上升，Area增加意味著PSⅡ電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)可能受到抑制[33-35]，同時(shí)Mo增加，表示PSⅡ電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)QA-以后的電子傳遞受到抑制。VJ代表J點(diǎn)所具有關(guān)閉反應(yīng)中心的數(shù)量，即QA-的積累量，而VJ的增加則是在去鎂葉綠素(Pheo)將電子傳遞給QA生成QA-以后，電子由QA-向QB的傳遞過程受到抑制所致。VI的變化則反映電子由QA-向QB傳遞過程中PQ庫的異質(zhì)性[36]。本研究中，pH 3.5模擬酸雨處理的桑樹幼苗葉片的VI和VJ較對照均顯著增加，在此表明在pH 3.5模擬酸雨脅迫下電子傳遞鏈?zhǔn)茏栉稽c(diǎn)是QA向QB處。同時(shí)，PQ庫接受電子的能力下降。此外，該處理的桑樹幼苗葉片的VK和VL與CK相比顯著升高，說明pH 3.5模擬酸雨處理抑制了OEC的活性，同時(shí)類囊體穩(wěn)定性降低，破壞了PSⅡ的光化學(xué)活性。雖然，pH 4.5處理的桑樹葉片的Fv/Fm和Area較CK顯著下降，但電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)和供體側(cè)的特征參數(shù)VI、VJ、VK和VL均與CK差異不顯著，再根據(jù)形態(tài)、長勢和組織結(jié)構(gòu)分析，pH 4.5處理的桑樹葉片的PSⅡ結(jié)構(gòu)和功能未受到模擬酸雨脅迫的影響。

4 結(jié)論

pH 3.5的模擬酸雨沉降抑制了PSⅡ電子傳遞鏈?zhǔn)荏w側(cè)OEC的活性以及受體側(cè)QA向QB的電子傳遞，導(dǎo)致桑樹幼苗葉片的光合性能下降，抑制了桑樹幼苗的生長；pH 4.5模擬酸雨并未影響PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能，并且在某種程度上有利于桑樹幼苗的生長。本研究結(jié)果表明，桑樹能夠忍受并適應(yīng)pH≥4.5的酸雨脅迫，可在輕度酸雨沉降地區(qū)作為園林綠化、退耕還林及植被構(gòu)建的經(jīng)濟(jì)樹種進(jìn)行大面積栽植。