劉 凱，張帆航，李 澤，梁文匯，藍(lán)金宣

（1.廣西林科院 廣西特色經(jīng)濟(jì)林培育與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530002；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)林培育與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

鎂元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的金屬元素之一，同時(shí)也是組成葉綠素的重要成分，同時(shí)，鎂離子參與多種光合酶的合成，對(duì)植物的光合作用具有巨大的影響[1-3]。鎂元素在我國南方酸性土壤中易風(fēng)化流失，一些植物經(jīng)常出現(xiàn)缺鎂現(xiàn)象，影響植物的正常生長(zhǎng)及產(chǎn)量[4-5]。馬曉麗等[6]研究了鎂肥對(duì)葡萄光合速率的影響，結(jié)果表明，葡萄缺鎂時(shí)，電子傳遞能力變?nèi)?，葉片葉綠素含量降低，光合活性下降，PS Ⅱ潛在活性受到抑制。吳韶輝等[7]研究了補(bǔ)充鎂元素對(duì)缺鎂溫州蜜柑葉片光合作用的影響，結(jié)果表明，補(bǔ)充鎂元素能使缺鎂溫州蜜柑葉片氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率增加，凈光合速率顯著提高。Farhat 等[8]研究表明，鎂缺乏降低了植物葉片的光合速率，主要原因是由光合機(jī)構(gòu)活性降低的非氣孔因素引起的，從而導(dǎo)致胞間CO2同化速率降低。凌麗俐等[9]研究了不同鎂濃度對(duì)紐荷爾臍橙葉綠素含量的影響，結(jié)果表明，紐荷爾臍橙新葉葉片缺乏鎂元素會(huì)降低其葉綠素含量，適量增加鎂濃度能夠提高紐荷爾臍橙葉綠素相對(duì)含量。Marschner 等[10]研究表明，植物缺乏鎂元素會(huì)降低光合關(guān)鍵酶的活性，抑制二氧化碳的同化，從而使光合作用降低。

油桐Vernicia fordii是大戟科Euphorbiaceae 油桐屬Vernicia落葉喬木，與油茶、核桃和烏桕并稱我國4 大木本油料樹種[11-12]。從油桐中制取的桐油是一種可替代傳統(tǒng)柴油的優(yōu)質(zhì)干性油，桐油中含有80%左右的特異脂肪酸——桐酸，桐酸具有3 個(gè)共軛雙鍵，其化學(xué)性質(zhì)活潑，是制造優(yōu)質(zhì)、環(huán)保型油漆和油墨的基本原料[13-15]。在原油日趨減少和環(huán)保壓力加重的今天，油桐成為了優(yōu)良的生物能源樹種。光合作用是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)，而葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)研究植物葉片光合作用過程中的光能吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換、耗散、分配等具有重要意義[14-17]。以‘葡萄桐’和‘千年桐’兩個(gè)油桐物種幼苗為試驗(yàn)材料，采用砂基培養(yǎng)，不同處理設(shè)置不同的鎂離子濃度，旨在探究不同鎂離子濃度對(duì)2 個(gè)油桐物種幼苗的光合生理特性的影響，為油桐的合理施肥及豐產(chǎn)栽培提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)材料為油桐種子萌發(fā)的1年生實(shí)生苗，種子采自湖南湘西永順縣青坪鎮(zhèn)國家油桐種質(zhì)資源保存庫，2016年12月采集6年生‘葡萄桐’和‘千年桐’成熟種子，晾干后沙藏，第2年4月份萌發(fā)后進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)在中南林業(yè)科技大學(xué)校內(nèi)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取種子萌發(fā)后長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗移栽到裝有石英砂的20 cm×20 cm×25 cm 塑料盆中。移栽一周后用Hoagland(1/2 濃度) 和去除MgSO4的Aron 全濃度配方進(jìn)行營養(yǎng)液脅迫處理[9]。營養(yǎng)液pH 值為6.0，Mg2+濃度分別為為0、2、6 和 10 mmol·L-1， 用M0、M2、M6 和M10 表 示，Mg2+濃度由MgSO4提供，對(duì)照的SO42-用Na2SO4補(bǔ)充以免SO42-離子的影響，每個(gè)物種及每個(gè)處理9 盆苗，2 個(gè)物種總共72 盆苗，每盆1 株。試驗(yàn)期間，2 d 澆一次營養(yǎng)液，一周澆一次不同濃度的MgSO4。試驗(yàn)處理兩個(gè)月后測(cè)定油桐葉片光響應(yīng)曲線及相關(guān)生理指標(biāo)。

1.3 葉綠素SPAD 值的測(cè)定

相對(duì)葉綠素含量（SPAD 值）測(cè)定采用SPAD-502 葉綠素測(cè)定儀（日本Konica 公司），每個(gè)處理每次測(cè)定3 株，3 次重復(fù)，總共9 株。

1.4 光合-光響應(yīng)曲線的測(cè)定

在2017年8月 上 旬9:00—11:00，使 用LI-6400xt 光合儀（LI-COR，USA），選取無病蟲害長(zhǎng)勢(shì)一致的油桐葉片，測(cè)定光響應(yīng)曲線；光合有效輻射梯度設(shè)定為2 400、2 100、1 800、1 500、 1 200、900、600、300、200、150、100、75、50、25 和0 μmol·m-2s-1，CO2濃度由小鋼瓶提供，濃度設(shè)定為400 μmol·m-2s-1，相對(duì)濕度為70%。光飽和點(diǎn)（LSP）、光補(bǔ)償點(diǎn)（LCP）等光合指標(biāo)根據(jù)葉子的直角雙曲線修正模型進(jìn)行擬合計(jì)算[18-19]。

1.5 丙二醛及游離脯氨酸含量的測(cè)定

丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法。方法如下：稱取新鮮葉片約0.5 g，加入5 mL 5%三氯乙酸研磨成勻漿，3 000 r/min 離心10 min，取樣品提取液1.5 mL 于試管中，加入2.5 mL 0.5%硫代巴比妥酸（用5%三氯乙酸溶解），于沸水浴上加熱15 min，迅速冷卻，3 000 r/min 離心10 min，取上清液于532 nm 和600 nm 波長(zhǎng)處比色，測(cè)定吸光值。游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法，以μg·g-1FW 表示[15,18,20]。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用Excel 2013 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理作圖，用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性及其差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗SPAD 值的影響

由圖1可知，不同供鎂水平下，‘千年桐’的SPAD 值高于‘葡萄桐’，差異不顯著。隨著供鎂水平的增加兩個(gè)油桐物種的SPAD 先升高后降低，當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)，‘葡萄桐’和‘千年桐’的葉綠素SPAD 值均最高。當(dāng)鎂濃度為 2 mmol·L-1時(shí)，‘葡萄桐’和‘千年桐’的SPAD值分別比對(duì)照增加了36.66%、28.57%（P＜0.05），差異顯著；當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)，‘葡萄桐’和‘千年桐’的葉綠素含量SPAD 值分別比CK 增加了53.33%、45.71%（P＜0.05），差異顯著；當(dāng)鎂濃度為10 mmol·L-1時(shí)，‘葡萄桐’和‘千年桐’的SPAD 值分別比CK 增加了50.00%、40.12%（P＜ 0.05），差異顯著。說明鎂元素有利于兩個(gè)油桐物種葉片葉綠素的合成，提高油桐葉片葉綠素含量，其中，最適宜的處理為M6，濃度為6 mmol·L-1。適宜濃度的鎂元素能夠提高油桐葉片葉綠素的含量。

圖1 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗葉綠素SPAD 值的影響Fig.1 Effects of different levels of magnesium supply on chlorophyll SPAD value of two kinds of tung tree

2.2 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗光合-光響應(yīng)曲線的影響

由圖2可知，當(dāng)光合有效輻射PAR ≤ 300 μmol·m-2s-1時(shí)，兩個(gè)油桐物種葉片的Pn 隨光強(qiáng)呈線性增加。當(dāng)PAR ＞600 μmol·m-2s-1時(shí)，‘葡萄桐’和‘千年桐’在M6 處理下的Pn 均高于其它處理，且三個(gè)供鎂處理Pn 均高于CK，當(dāng)光合有效輻射達(dá)到 1 800 μmol·m-2s-1時(shí)，Pn 不再增加，之后保持平緩下降趨勢(shì)。在沒有對(duì)照組CK 的情況下，兩個(gè)物種PAR ≤600 μmol·m-2s-1時(shí)，Pn 隨 著PAR 的增加而迅速上升，PAR ＞600 μmol·m-2s-1時(shí)，隨著PAR的增加，Pn 增加非常緩慢，說明缺鎂嚴(yán)重影響了油桐葉片的光合效率，不利于碳水化合物的合成。

從表1可知，在不同供鎂水平下，‘葡萄桐’的最大凈光合速率（Pn max）和表觀量子效率（AQY）均高于‘千年桐’。隨著供鎂水平的增加，‘葡萄桐’和‘千年桐’的Pn max 及AQY均先增加后降低，當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)，兩個(gè)油桐物種的Pn max 及AQY 達(dá)到最高值。隨著鎂水平的增加，兩個(gè)油桐物種的光飽和點(diǎn)逐漸增加，說明鎂元素能夠顯著提高油桐的光飽和點(diǎn)，增加光能利用效率。當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)， ‘葡萄桐’的Pn max，LSP 及AQY 分別比CK 增加了86.43%、75.52%、82.22%（P＜0.05），差異顯著，‘千年桐’的Pn max，LSP 及AQY 分別比CK 增加了83.59%、59.62%、81.36%（P＜0.05），差異顯著；與對(duì)照相比，當(dāng)鎂濃度為2 mmol·L-1時(shí)，顯著提高了油桐的Pn max，LSP 及AQY。

2.3 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗氣孔導(dǎo)度的影響

由圖3可知，當(dāng)PAR 低于300 μmol·m-2s-1時(shí)，不同處理下兩個(gè)油桐物種的氣孔導(dǎo)度均隨著PAR的增加而迅速升高，缺鎂的CK 升高的幅度低于其它3 個(gè)供鎂處理。當(dāng)PAR 高于300 μmol·m-2s-1時(shí)，兩個(gè)油桐物種的氣孔導(dǎo)度均隨著PAR 的增加而緩慢升高，當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)，兩個(gè)油桐物種的Gs 最高，‘葡萄桐’的Gs 在M6 處理下分別比M10、M2 及CK 高26.47%、62.86%及198.20%（P＜0.05），差異顯著，‘千年桐’的Gs 在M6 處理下分別比M10、M2 及CK 處理的高30.00%、34.48%及143.75%（P＜0.05），差異顯著。

圖2 不同供鎂水平下凈光合速率對(duì)光合有效輻射的響應(yīng)Fig.2 Responses of net photosynthetic rate to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

表1 不同供鎂水平下凈光合速率對(duì)光合有效輻射響應(yīng)的特征參數(shù)?Table1 Characteristic parameters of responses of net photosynthetic rate to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

圖3 不同供鎂水平下氣孔導(dǎo)度對(duì)光合有效輻射的響應(yīng)Fig.3 Responses of stomatal conductance to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

2.4 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗游離脯氨酸含量的影響

由圖4可知，除了M10 處理的‘千年桐’外，游離脯氨酸隨著供鎂水平的增加逐漸降低，當(dāng)鎂濃度為6 mmol·L-1時(shí)，游離脯氨酸的含量最低， ‘葡萄桐’的游離脯氨酸含量分別比CK 低28.25%，差異顯著（P＜0.05）；‘千年桐’的游離脯氨酸含量分別比M0 低20.39%，差異顯著（P＜0.05），說明適當(dāng)濃度的鎂供給有利于降低油桐葉片的游離脯氨酸含量。

2.5 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗丙二醛含量的影響

圖4 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗游離脯氨酸含量的影響Fig.4 Effects of different levels of magnesium supply on free proline contents of two kinds of tung tree seedlings

由圖5可知，兩個(gè)油桐物種丙二醛含量隨著供鎂水平的增加逐漸降低，在同一供鎂水平下兩個(gè)物種的丙二醛含量無顯著差異（P＞0.05）。‘葡萄桐’的丙二醛含量在不同供鎂水平下無顯著差異，‘千年桐’的丙二醛含量在M10 處理下比M0 低9.85%，差異不顯著，說明不同濃度的鎂對(duì)清除油桐幼苗葉片內(nèi)的丙二醛對(duì)細(xì)胞膜的毒害作用影響不顯著。

3 結(jié)論與討論

圖5 不同供鎂水平對(duì)兩種油桐幼苗丙二醛含量的影響Fig.5 Effects of different levels of magnesium supply on malondialdehyde contents of two kinds of tung tree seedlings

鎂肥對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要影響，尤其是在葉綠素的合成及植物的光合作用中起重要作用。研究表明，適量濃度的鎂可顯著提高油桐幼苗的光合作用及生長(zhǎng)量，光合作用的提高主要是RuBP羧化酶活性增加引起的[3]。Shen 等[21]研究表明，在缺鎂條件下，由于光合酶的合成受到抑制，從而使凈光合速率降低，說明鎂能夠調(diào)節(jié)植物細(xì)胞內(nèi)光合酶的活性。葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，葉綠素SPAD 值的高低反應(yīng)了植物葉片相對(duì)葉綠素含量[22]，研究從葉綠素SPAD 值測(cè)定結(jié)果可看出，‘葡萄桐’的葉綠素SPAD值低于‘千年桐’，而‘葡萄桐’的Pn 卻高于‘千年桐’，可能是因?yàn)槿~綠素含量的高低僅僅是影響植物光合效率的因素之一，不能單單以葉綠素含量的多少來推斷植物光合效率的高低[3,23]，而且SPAD 值反應(yīng)的是植物活體相對(duì)葉綠素含量，并不能充分代表葉片內(nèi)葉綠素含量的多少，而且，植物在弱光條件下光合速率會(huì)隨葉綠素含量的增加而升高， 而在飽和光下光合速率往往與葉綠素含量的多少無關(guān)[24]，因此，不能完全依照葉綠素SPAD 值的高低來判斷植物光合速率的高低。本研究發(fā)現(xiàn)，鎂對(duì)兩種油桐葉片SPAD 值影響顯著，隨著鎂濃度的增加，兩種油桐葉片的SPAD 值均增加，同時(shí)，光合效率也增加了，說明鎂元素對(duì)油桐生長(zhǎng)具有重要作用。

光合-光響應(yīng)曲線反映了植物光合速率隨光照強(qiáng)度增減的變化規(guī)律，是判斷植物光合效率受其環(huán)境變化的影響程度，因此光響應(yīng)曲線的測(cè)定是研究植物在逆境條件下的重要手段之一[25]。最大凈光合速率（Pn max）主要是由電子傳遞速率和Rusbico 活性決定的，本文研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)油桐物種的Pn max 在缺鎂的對(duì)照下顯著低于其它供鎂水平，主要是由于缺鎂影響了油桐電子傳遞速率及Rusbico 活性，這與陸燕元等[26]在甘薯光合-光響應(yīng)曲線中的研究結(jié)果一致。表觀量子效率（AQY）的高低反應(yīng)了植物吸收和轉(zhuǎn)換光能的色素蛋白復(fù)合體較多。兩個(gè)油桐物種的AQY 隨著供鎂水平的增加而增加，說明適宜的鎂濃度能夠提高油桐葉片的AQY，增加弱光下油桐的凈光合速率。與對(duì)照相比，不同供鎂水平下油桐葉片的光飽和點(diǎn)（LSP）顯著增加，說明在低鎂情況下，油桐葉片的光照生態(tài)幅變窄，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性減弱了，最終導(dǎo)致光合效率降低影響產(chǎn)量，這與白羽祥等[27]在烤煙光響應(yīng)曲線中的研究結(jié)果相一致，說明在低鎂脅迫下油桐葉片對(duì)弱光的利用受到較大抑制，把光能轉(zhuǎn)化為凈能量的能力降低。本次研究通過對(duì)兩種油桐幼苗提供不同濃度的鎂，探究其生長(zhǎng)及光合特性的規(guī)律，研究表明，對(duì)兩種油桐幼苗供鎂能明顯增加相對(duì)葉綠素含量，提高光合效率，并且適宜濃度的鎂能最大限度地提高兩種油桐幼苗的光合效率，使其生長(zhǎng)加快，生物量增加。但是，由于本次試驗(yàn)是針對(duì)兩個(gè)物種的幼苗進(jìn)行的，所以對(duì)油桐成林施加鎂肥是否能提高其光合效率，增加其葉綠素含量尚不清楚，施加鎂肥的最適濃度也尚不清楚，需要進(jìn)一步的研究探索。