理 挪, 王 培, 馬志慧, 劉 翠, 林思祖, 陳 宇

(1.福建農林大學林學院，福建 福州 350002;2.國家林業(yè)局杉木工程技術研究中心，福建 福州 350002;3.林木逆境生理生態(tài)及分子生物學福建省高校重點實驗室，福建 福州 350002)

杉木Cunninghamialanceolata(Lamb.)是我國最重要的用材樹種之一[1]，廣泛用于建筑、家具及木纖維工業(yè)原料，具有極高的經濟價值.杉木的主要栽培區(qū)遍及包括臺灣省在內的南方17個省區(qū)，其生長易受到我國南方酸性紅壤(pH=4.4～5.5)的制約.近幾十年來，工業(yè)的發(fā)展和人類活動共同加劇了酸沉降過程，使南方土壤酸化日益嚴重[2-3].土壤酸化往往與鋁毒相伴而生，因為在酸性條件下土壤中的固定鋁不斷溶出，活性鋁不斷增加，對植物生長造成嚴重的抑制作用.自1983年Ulrich et al[4]首次提出森林衰退的鋁毒害假說后，越來越多的研究證明，鋁毒是酸性土壤中抑制林木生長、降低森林生產力、造成森林衰退的主要原因[5-7].同時，長期的生產實踐和科學研究也表明，鋁毒也是酸性土壤中制約杉木生長的一項主要因素[8]，是杉木人工林大面積衰退減產的重要原因之一[9].因此，探明杉木在酸鋁復合作用下的抗性表現，對了解杉木對酸鋁復合作用的耐受程度，進一步篩選和培育耐酸鋁型杉木種質資源，保證杉木人工林生產力持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現實意義.

鋁毒對植株體的損害往往可在光合作用系統(tǒng)中體現[10].對玉米的酸鋁復合脅迫試驗發(fā)現，pH 值越低鋁脅迫對生物量的抑制越嚴重[11].大豆的鋁脅迫試驗發(fā)現，隨著鋁離子濃度的升高植株中葉綠素含量、氣孔導度、凈光合速率及蒸騰速率呈下降趨勢[12].油菜在鋁脅迫處理下葉片葉綠素含量和光合速率都明顯地降低[13].可見鋁脅迫下植株體的光合參數表現在一定程度上反映植株體受鋁毒損傷的程度.因此，本試驗以1年生杉木苗為研究對象，對其進行酸鋁脅迫處理，以葉綠素熒光參數為依據觀察酸鋁脅迫對杉木光合系統(tǒng)的影響，旨在初步探明杉木對酸鋁復合脅迫的耐受能力，為進一步選育耐酸鋁型杉木提供前期基礎.

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試材料選取生長健康、整齊的1 年生杉木實生苗，種子取自福建洋口國有林場3代種子園.試驗地位于福建農林大學國家林業(yè)局杉木工程技術研究中心強化育種室.試驗地氣候屬中亞熱帶季風性濕潤氣候，降水充沛，干、濕季分明，年平均氣溫19.3 ℃，年均降雨量1 500～1 800 mm，無霜期達250～300 d.

1.2 試驗方法

1.2.1 酸鋁脅迫試驗設置 采用盆栽法，選取28 cm×18 cm×30 cm規(guī)格的塑料盆，將復合肥和AlCl3·6H2O拌入土壤并混勻裝入盆中，每盆7.5 kg；酸液用外源硫(NaHSO3∶Na2SO3=1∶3)[14]配制，用精密pH儀(上海雷磁PHS-3C型)調節(jié)酸度.鋁濃度按0(對照)、0.06、0.12、0.24 g·kg-1設計4個濃度梯度； pH值按6.8(對照，以蒸餾水替代外源硫)、5.0、4.5和4.0設計4個梯度.具體酸鋁處理組合如下：A1(0 g·kg-1，pH 4.0)、A2(0 g·kg-1，pH 4.5)、A3(0 g·kg-1，pH 5.0)、CK1(0 g·kg-1，pH 6.8),B1(0.06 g·kg-1,pH 4.0)、B2(0.06 g·kg-1,pH 4.5)、B3(0.06 g·kg-1，pH 5.0)、CK2(0.06 g·kg-1，pH 6.8)，C1(0.12 g·kg-1，pH 4.0)、C2(0.12 g·kg-1,pH 4.5)、C3(0.12 g·kg-1，pH 5.0)、CK3(0.12 g·kg-1，pH 6.8)，D1(0.24 g·kg-1,pH 4.0)D2(0.24 g·kg-1,pH 4.5)D3(0.24 g·kg-1)CK4(0.24 g·kg-1，pH 6.8).A組(A1、A2、A3和CK1)作為單酸脅迫，CK組(CK1、CK2、CK3和CK4)作為單鋁脅迫.每個處理設置4個重復，即共48株盆栽苗.

1.2.2 酸鋁試驗實施及葉綠素熒光參數的測定 試驗于2012年7月進行，定植一周后開始脅迫試驗.試驗進行過程中，根據福州市月平均降水量，每隔3 d添加對應的處理液500 mL.葉綠素熒光采用Handy FluorCam便攜熒光成像儀(Photon Systems Instruments)進行測定，測定軟件為FluorCam v6.0，測定的參數包括：初始熒光值(minimal fluorescence, Fo)、可變熒光值(variable fluorescence, Fv)和最大熒光值(maximal fluorescence, Fm).在脅迫的第15、30和45 d時，取每株植株中部同一朝向的健康葉進行測定.

1.3 統(tǒng)計與分析

用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析(One-way ANOVA)；用LSD法進行多重比較；用Microsoft Excel 2010作圖.

2 結果與分析

2.1 酸鋁復合脅迫下葉綠素熒光參數Fo、Fv和Fm的變化

酸鋁復合脅迫下杉木苗葉綠素熒光參數見圖1.由圖可知，無論單酸脅迫還是單鋁脅迫，都可造成杉木苗Fo的下降和Fm、Fv的升高，但CK組Fo的變化幅度大于A組.酸鋁復合脅迫下，Fo的總體趨勢為A組(無鋁)B組>C組>D組，二者均隨鋁濃度的升高而下降；在組內不同水平酸處理下二者均呈現上升趨勢，在pH 4.0條件處理下均出現最低值.另外，隨著脅迫時間增加，各處理均出現Fo上升、Fm和Fv下降的趨勢.由此說明，單酸、單鋁脅迫與酸鋁復合脅迫均對杉木苗的光合系統(tǒng)造成影響，其中酸鋁復合脅迫對杉木苗的影響要大于單酸或單鋁脅迫.同時，脅迫時間越長，杉木苗受損越嚴重.

圖中標識字母為顯著性分析結果，相同脅迫時間樣本為一個組，每組中標識有相同字母的樣本表示其在組內P=0.05水平上差異不顯著;A：Fo的比較；B：Fm的比較；C：Fv的比較.圖1 酸鋁復合脅迫杉木苗葉綠素熒光參數Fo、Fm和Fv的比較Fig.1 Comparison of chlorophyll fluorescence parameters including Fo, Fm and Fv of Chinese fir seedlings under acid-aluminum co-stress

2.2 酸鋁復合脅迫下葉綠素熒光參數Fo、Fv和Fm的多重比較

為進一步分析酸和鋁脅迫對各組樣本葉綠素熒光影響的差異，將葉綠素熒光作LSD多重比較，結果如表1所示.Fo在酸脅迫15、30和45 d 時，均在pH 6.8和4.0水平之間有顯著差異，而其他水平之間差異不顯著.Fm在酸脅迫15 d時，分別在pH 6.8和4.5水平、6.8和4.0水平以及5.0和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫30 d時，在pH 6.8和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫45 d時，分別在pH 6.8和4.5、6.8和4.0以及5.0和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著.Fv在酸脅迫15 d時，分別在pH 6.8和4.5、6.8和4.0以及5.0和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫30 d時，在pH 6.8和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫45 d時，分別在pH 6.8和4.5、6.8和4.0以及5.0和4.0水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著.

表1 酸脅迫下杉木幼苗葉綠素熒光參數的多重比較1)Table 1 Multiple comparison on chlorophyll fluorescence parameters of Chinese fir seedlings under acid stress

1)相同脅迫時間中標有相同字母的表示在P=0.05水平上差異不顯著，下表同.

Fo在鋁脅迫15 d時，分別在鋁濃度為0.00和0.06 g·kg-1、0.00和0.12 g·kg-1、0.00和0.24 g·kg-1、0.06和0.12 g·kg-1以及0.06和0.24 g·kg-1水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫30 d時,各濃度組合之間的差異均顯著；脅迫45 d時，分別在鋁濃度為0.00和0.06 g·kg-1、0.00和0.12 g·kg-1、0.00和0.24 g·kg-1、0.06和0.12 g·kg-1以及0.06和0.24 g·kg-1水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著.Fm和Fv均表現為在脅迫15和30 d時，分別在鋁濃度為0.00和0.12 g·kg-1、0.00和0.24 g·kg-1、0.06和0.12 g·kg-1、0.06和0.24 g·kg-1以及0.12和0.24 g·kg-1水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著；脅迫45 d時，分別在鋁濃度為0.00和0.12 g·kg-1、0.00和0.24 g·kg-1以及0.06和0.24 g·kg-1水平之間存在顯著差異，其他水平之間差異不顯著.

表2 鋁脅迫下杉木幼苗葉綠素熒光參數的多重比較Table 2 Multiple comparison on chlorophyll fluorescence parameters of Chinese fir seedlings under aluminum stress

3 討論與結論

鋁毒與土壤酸化均為影響植物生長的不利因素，尤其在我國南方酸性紅壤區(qū)，土壤酸化加劇常常伴隨土壤固定鋁向活性鋁的轉變，對植物造成復合影響，主要體現在植物光合作用效率、根系的呼吸速率和植株體生長等主要表型性狀受到抑制.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信息產生敏感反映，因此可以把葉綠素熒光參數作為衡量植物體在脅迫條件下耐受調節(jié)生理響應的一項指標[15-16].

一般而言，Fo的增加表示PSⅡ反應中心遭受破壞或可逆失活[16-18]，Fm降低則是光抑制的主要特征.過剩光能會使光合器官的光化學效率和光合速率降低，即發(fā)生光抑制[19].Fm的降低又會導致Fv隨之降低，進而影響光和效率[18].如在大豆[20]和油菜[21]的酸脅迫、箬竹[14]的酸鋁脅迫試驗中均發(fā)現Fo、Fv和Fm有上述的變化趨勢.本試驗的結果與其一致，隨酸鋁復合脅迫濃度與時間的增加，供試杉木苗的Fo不斷上升，Fm和Fv不斷下降.相同酸處理水平下，Fo表現為高鋁<中鋁<低鋁<無鋁；Fm、Fv表現為無鋁<低鋁<中鋁<高鋁.在相同鋁濃度處理水平下，Fo表現為pH 5.0