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

模擬SO2濕沉降對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)大學生命科學學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

為探明SO2濕沉降對桑樹(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照(P<0.05)，株高、分枝數(shù)、葉片數(shù)也明顯比對照低。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)，促進了桑樹的生長?？焖偃~綠素熒光動力學參數(shù)分析表明，50和100 mmol·L-1混合液處理桑樹幼苗，PSⅡ單位反應中心吸收的能量(ABS/RC)、反應中心消耗的能量(DIo/RC)和反應中心用于還原QA的能量(TRo/RC)與對照差異不顯著(P>0.05)，而反應中心用于電子傳遞的能量(ETo/RC)、照光2 ms時有活性反應中心的開放程度(Ψo)值和吸收光能用QA-以后的電子傳遞的量子產(chǎn)額(φEo)值均較對照略有下降(P>0.05)，同時非光化學淬滅的最大量子產(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反應中心對光能的吸收，過剩的光能用于非光化學淬滅，光合性能指數(shù)PIABS顯著下降(P<0.05)，是因為PSⅡ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，促進了桑樹生長。

硫沉降；氣孔限制；光化學淬滅；葉綠素熒光；光能分配；反應中心；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，導致空氣中SO2含量增加[1]。迄今為止，大氣SO2沉降對植物影響的相關研究越來越深入，目前認知中，SO2對植物生長代謝[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，進而導致土壤酸化，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程[8]。另有研究發(fā)現(xiàn)，多種園林綠化植物對SO2吸收能力和抗性不同[9-11]，植物對SO2脅迫響應生理機制存在物種差異[12]，其中加楊(Populuscanadensis)、旱柳(Salixmatsudana)和花曲柳(Fraxinusrhynchophylla)對SO2的抗性強，榆樹(Ulmuspumila)、京桃(Prunusdavidiana)和桑樹(Morusalba)等對SO2的抗性中等，而美青楊(Populusnigravar.italica×Populuscathayana)和丁香(Syringaoblata) 等對SO2的抗性弱[13]。當前，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大氣SO2的吸收和抗性閾值及其機制，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”工程的實施，加之桑樹生長迅速、抗逆性強，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)應用[15]。研究表明，桑樹對鹽[16]、干旱[17]、酸雨[18]等方面有很強的耐受性，在大氣SO2和鉛復合污染區(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]。葉綠素熒光與光合作用反應過程息息相關。葉綠素熒光技術被稱為植物光合原初反應無損傷的探針[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力學曲線(OJIP)，已經(jīng)成為探索逆境對植物光合作用影響機制的重要手段之一[22]。目前，有關SO2沉降對桑樹葉片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力學分析技術來著重分析探索桑樹不同濃度SO2濕沉降，對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SO2脅迫響應的機制，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)和技術支撐。

1 材料和方法

1.1 材料和處理方法

試驗所用桑樹為兩年齡“秋雨?！钡膶嵣?，試驗于2015年5月在東北林業(yè)大學植物營養(yǎng)學實驗室進行，在試驗之前為避免試驗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。為確保試驗土壤相對一致性，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個葉片時，挑取長勢一致的桑樹苗進行試驗(6月初)。本研究以SO2進入細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，以噴蒸餾水為對照,每隔3 d，早晚各噴施一次，噴施時用噴霧器對葉片正反面均噴施，直至葉片尖端流下細密液滴為止。處理28 d后，桑葉表面出現(xiàn)病斑時，測定桑樹的生長指標、光合參數(shù)和葉綠素熒光參數(shù)，每個處理設5次重復。

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)對桑樹苗主干的第3片或第4片完全展開葉進行測定[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)、氣孔導度(Gs)和胞間CO2的濃度(Ci)。

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

1.2.3 生長指標的檢測 選取長勢相對一致的桑樹苗，在光合氣體交換參數(shù)和葉綠素熒光參數(shù)測定結(jié)束后，測定桑樹幼苗主干的高度為株高，利用游標卡尺在主干接近地面處測其莖粗，并統(tǒng)計單株葉片數(shù)及分枝數(shù)，用直尺測量相對一致的成熟葉(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

運用Excel 2007和DPS 7.05對測得數(shù)據(jù)進行整理分析，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濕沉降對桑樹葉片葉綠素快相熒光動力學曲線(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標準化后可以發(fā)現(xiàn)，20和50 mmol·L-1處理對桑樹幼苗葉片標準化O-P曲線的影響較小，各點相對可變熒光與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準化O-P曲線上J點和I點的相對可變熒光明顯增加(圖2)。分別將SO2各濃度處理下桑樹幼苗葉片標準化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時即J點的ΔVt差異較為明顯，而100mmol·L-1除了J點外，30ms時即I點的ΔVt差異同樣比較明顯。

表2 模擬SO2濕沉降對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濕沉降對桑樹葉片葉綠素熒光參數(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濕沉降混合液對桑樹葉片PSⅡ活性具有抑制作用。

圖3 SO2濕沉降對桑樹葉綠素熒光參數(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(2 ms)關閉的反應中心的數(shù)量或QA的還原量(VJ)和表示QA被還原的相對速率的相對可變熒光的初始斜率(Mo)，可用于分析逆境脅迫對桑樹葉片PSⅡ電子傳遞鏈受體側(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(0.15 ms)和K點(0.3 ms)的標準化的可變熒光(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中心吸收的能量(ABS/RC)值、單位反應中心用于還原QA能量(TRo/RC)值和單位反應中心消耗的能量(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濕沉降對桑樹幼苗光合參數(shù)的影響具有劑量效應，≤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處理對桑樹的光合性能具有促進作用。處理一段時間后，促進效應直接體現(xiàn)在桑樹幼苗生長指標即桑樹幼苗株高、分枝數(shù)和葉片數(shù)明顯高于CK?？略Ｖ輀17]研究認為，在抵御較低程度的脅迫時，桑樹的Pn會增加，積累更多的同化物，以抵御逆境對桑樹的危害。除此外，在本研究中，低濃度SO2(≤20 mmol·L-1)濕沉降對桑樹的生長具有促進效應的可能原因還包括兩點：其一，低濃度的SO2作為必需元素，參與細胞的代謝和組成，繼而促進桑樹生長；其二，桑樹對大氣中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致，當Pn下降伴隨著Gs、Ci和Ls下降時，意味著氣孔因素導致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致的，即植物在受到SO2刺激時氣孔開度和蒸騰速率下降，同時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)稟性的葉綠素熒光參數(shù)更能深入分析PSⅡ?qū)饽艿奈?、傳遞、激發(fā)和分配等情況[28]，并且可快速準確地分析出逆境對植物光合作用中PSⅡ的傷害位點[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沉降處理的各關鍵時間點的熒光強度增加，對桑樹葉片PSⅡ的結(jié)構(gòu)和功能具有促進效應。而高濃度50和100 mmol·L-1的模擬SO2沉降處理，OJIP曲線各關鍵時間點的熒光強度都明顯下降，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，而在100 mmol·L-1的混合液處理組，除了K點外，L點的可變熒光強度均表現(xiàn)下降的趨勢。K點的出現(xiàn)，意味著放氧復合體(OEC)可能遭到破壞，L點的出現(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)電子傳遞受阻位點是QA到QB[33-34]。導致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-的混合液進入細胞后在葉綠體內(nèi)轉(zhuǎn)化成SO32-，破壞了受體側(cè)和供體側(cè)的離子平衡，導致PSⅡ電子傳遞受到影響[35]。有些植物受到某些脅迫時，可能會引起PSⅡ反應中心的可逆性失活，失活的反應中心將成為一個能量陷阱，可吸收光能但不傳遞到下一級電子傳遞鏈中，在逆境解除之后，失活的反應中心又可恢復活性，這是植物對于逆境的一種適應性機制[36]。正常情況下，PSⅡ反應中心捕獲光能用于下一級的能量傳遞，剩余的能量以熱能形式消耗掉。本研究中，高濃度SO2處理組，桑樹葉片單位反應中心吸收的光能(ABS/RC)值、單位反應中心用于還原QA能量(TRo/RC)值和單位反應中心消耗的能量(DIo/RC)值均與CK差異不顯著，單位反應中心用于電子傳遞的能量(ETo/RC)顯著下降，非光化學淬滅的最大量子產(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淬滅消耗。

光合性能指數(shù)(PIABS)和PSⅡ潛在最大光化學效率(Fv/Fm)通常用作評價植物對逆境抗性強弱的主要熒光參數(shù)。在本研究中Fv/Fm對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僅能反映反應中心的光能捕獲情況，而干旱和SO2脅迫并不影響PSⅡ反應中心捕獲光能。而PIABS可反映光合反應中心吸收光能的情況，同時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一步的探索。總之，低濃度SO2(≤20 mmol·L-1)濕沉降對桑樹的生長具有促進效應，其可能的原因是，低濃度的SO2作為必需元素，參與細胞的代謝和組成，繼而促進桑樹生長，同時也證明桑樹對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電子傳遞鏈受體側(cè)放氧復合體(OEC)的活性及受體側(cè)QA向QB電子傳遞，導致桑樹幼苗葉片光合性能下降，進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，促進桑樹幼苗的生長。

References:

[1] Liu N,Peng C L,Lin Z F,Lin G Z,Zhang L L,Pan X P.Changes in photosystem Ⅱ activity and leaf reflectance features of several subtropical woody plants under simulated SO2treatment.Journal of Integrative Plant Biology,2006,48(11):1274-1286.

[2] 胡丁猛,孫明高,王太明.SO2對三種園林綠化苗木葉片膜脂過氧化和保護酶的影響.山東農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2005,36(2):175-180. Hu D M,Sun M G,Wang T M.Effect of sulfur dioxide stress on membrane lipid peroxidation and protective enzymes of three ornamental tree seedlings.Journal of Shandong Agricultural University:Natural Science Edition,2005,36(2):175-180.(in Chinese)

[3] 種培芳,楊江山.4種金色葉樹木葉綠素熒光動力學參數(shù)對SO2脅迫的響應.西北林學院學報,2013,28(6):14-19,24. Chong P F,Yang J S.Responses of the chlorophyⅡ fluorescence parammeters to SO2stress in four golden-leaf trees.Journal of Northwest Forestry University,2013,28(6):14-19,24.(in Chinese)

[4] 潘文,張衛(wèi)強,甘先華,周平,溫小瑩,李明帥,劉吉平,陳潔.SO2脅迫對園林植物幼苗光合生理特征的影響.中國水土保持科學,2013,11(1):82-87. Pan W,Zhang W Q,Gan X H,Zhou P,Wen X Y,Li M S,Liu J P,Chen J.Effects of SO2stress on photosynthetic physiology of garden plant seedlings.Science of Soil and Water Conservation,2013,11(1):82-87.(in Chinese)

[5] 徐玉梅,王建明,高俊明,崔克勇.42種園林植物對SO2傷害的敏感性研究.山西農(nóng)業(yè)大學學報:自然科學版,2006,26(1):32-35. Xu Y M,Wang J M,Gao J M,Cui K Y.Studies on sensitivity and symptom types of 42 species garden trees fumigated with sulfur dioxide.Journal of Shanxi Agricultural University:Natural Science Edition,2006,26(1):32-35.(in Chinese)

[6] 周莉娜,曲東,邵麗麗,易維潔.干旱脅迫下硫營養(yǎng)對小麥光合色素及MDA含量的影響.西北植物學報,2005,25(8):1579-1583. Zhou L N,Qu D,Shao L L,Yi W J.Effects of sulfur fertilization on the contents of photosynthetic pigments and MDA under drought stress.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2005,25(8):1579-1583.(in Chinese)

[7] 孫建偉,朱友林.二氧化硫?qū)χ参锏挠绊懠爸参锏淖晕倚迯?江西植保,2004,27(2):64-67. Sun J W,Zhu Y L.Effects of SO2pollution on plants and the consequent self-repairing ability.Jiangxi Plant Protection,2004,27(2):64-67.(in Chinese)

[8] Pandey J,Joshi T.Effect of SO2on seedling growth of two woody perennials as influenced by soil moisture in the root environment.Plant Archives,2007,7(1):71-75.

[9] 種培芳,蘇世平.4種金色葉樹木對SO2脅迫的生理響應.生態(tài)學報,2013,33(15):4639-4648. Chong P F,Su S P.Physiological responses of four golden-leaf trees to SO2stress.Acta Ecologica Sinica,2013,33(15):4639-4648.(in Chinese)

[10] 黃芳,王建明,徐玉梅.SO2對不同抗性植物幾種酶活性的影響.山西農(nóng)業(yè)科學,2005,33(3):26-28. Huang F,Wang J M,Xu Y M.Effects of sulfur dioxide to some enzymes in different resistant plants.Journal of Shanxi Agricultural Sciences,2005,33(3):26-28.(in Chinese)

[11] 潘文,張衛(wèi)強,張方秋,甘先華,周平.SO2和NO2脅迫對紅花荷等植物光合生理影響及抗性評價.生態(tài)環(huán)境學報,2012,21(6):1075-1081. Pan W,Zhang W Q,Zhang F Q,Gan X H,Zhou P.Effects of SO2and NO2stress on photosynthetic physiology ofRhodoleiacham-pioniiand other plants and their resistance evaluation.Ecology and Environmental Sciences,2012,21(6):1075-1081.(in Chinese)

[12] 王麗華,李西,劉尉,干友民.四種暖季型草坪草對SO2的抗性及凈化能力的比較.草業(yè)學報,2013,22(1):225-233. Wang L H,Li X,Liu W,Gan Y M.Study on resistance and purifying ability of SO2on four warm-season turfgrasses.Acta Prataculturae Sinica,2013,22(1):225-233.(in Chinese)

[13] 魯敏,李英杰,齊鑫山.植物修復大氣SO2污染能力的比較.山東建筑大學學報,2003,18(4):44-46. Lu M,Li Y J,Qi X S.Comparison of ability of plant remediation for air pollution.Journal of Shandong Institute of Architecture and Engineering,2003,18(4):44-46.(in Chinese)

[14] Zhang D Q.Decontamination ability of garden plants to absorb sulfur dioxide and fluoride.Journal of Tropical & Subtropical Botany,2003,11(4):336-340.

[15] 秦儉,何寧佳,黃先智,向仲懷.桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)與蠶絲業(yè)的發(fā)展.蠶業(yè)科學,2010,36(6):984-989. Qin J,He N J,Huang X Z,Xiang Z H.Development of mulberry ecological industry and sericulture.Science of Sericulture,2010,36(6):984-989.(in Chinese)

[16] 滕志遠,張會慧,胡舉偉,代欣,張秀麗,孫廣玉.干旱對桑樹葉片光系統(tǒng)Ⅱ活性的影響.浙江農(nóng)業(yè)學報,2016,28(1):1-8. Teng Z Y,Zhang H H,Hu J W,Dai X,Zhang X L,Sun G Y.Effects of drought stress on PSⅡ photochemical activity in leaves ofMorusalbs.Acta Agriculturae Zhejiangensis,2016,28(1):1-8.(in Chinese)

[17] 柯裕州.桑樹抗鹽性研究及其在鹽堿地中的應用.北京：中國林業(yè)科學研究院博士學位論文,2008. Ke Y Z.Mulberry adaptability to salinity and its salt-tolerant mechanism and application to saline-alkali soils.PhD Thesis.Beijing:China Academy of Forestry Science,2008(in Chinese)

[18] 胡月,張倩,孫東彬,孫雨薇,孫廣玉.模擬酸雨對桑樹葉片光合日變化的影響.草業(yè)科學,2015,32(11):1862-1870. Hu Y,Zhang Q,Sun D B,Sun Y W,Sun G Y.Effects of simulated acid rain on diurnal changes of mulberry (Morusalba) photosynthesis.Pratacultural Science,2015,32(11):1862-1870.(in Chinese)

[19] 魯敏,姜鳳岐.綠化樹種對大氣SO2、鉛復合污染的反應.城市環(huán)境與城市生態(tài),2003,16(6):23-25. Lu M,Jiang F Q.Reaction of trees planting to combined pollution of sulfur dioxide and lead.Urban Environment & Urban Ecology,2003,16(6):23-25.(in Chinese)

[20] 竇宏偉,周菲,謝清忠.SO2脅迫對桑樹部分生理生化特性的影響.蠶業(yè)科學,2010,36(1):126-131. Dou H W,Zhou F,Xie Q Z.Effects of SO2stress on several physiological and biochemical properties of mulberry trees.Science of Sericulture,2010,36(1):126-131.(in Chinese)

[21] 宋婷,張謐,高吉喜.快速葉綠素熒光動力學及其在植物抗逆生理研究中的應用.生物學雜志,2011,28(6):81-86. Song T,Zhang M,Gao J X.Fast chlorophyll fluorescence knetics and its application in plant physiology research.Journal of Biology,2011,28(6):81-86.(in Chinese)

[22] Appenroth K J,St?ckel J,Srivastava A,Strasser R J.Multiple effects of chromate on the photosynthetic apparatus ofSpirodelapolyrhizaas probed by OJIP chlorophyll a fluorescence measurements.Environmental Pollution,2001,115(1):49-64.

[23] 儀慧蘭,孟紫強,杜建紅.亞硫酸氫鈉對大蒜有絲分裂周期的影響.山西大學學報:自然科學版,2001,24(3):262-264. Yi H L,Meng Z Q,Du J H.Effect of sodium bisulfite on the mitotic cycle ofAlliumsativum.Journal of Shanxi University:Natural Science Edition,2001,24(3):262-264.(in Chinese)

[24] Hu Y B,Sun G Y,Wang X C.Induction characteristics and response of photosynthetic quantum conversion to changes in irradiance in mulberry plants.Journal of Plant Physiology,2007,164(8):959-968.

[25] Farquhar G D,Sharkey T D.Stomatal conductance and photosynthesis.Annual Review of Plant Physiology,1982,33(1):317-345.

[26] 孫廣玉,侯晨.鹽堿土條件下馬藺幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和光合特性對干旱的響應.水土保持學報,2008,22(2):202-205. Sun G Y,Hou C.Responses of osmotic adjustment and photosynthetic characteristics to drought for seedlings ofIrislacteaPall. var.chinensiskoidz grown in saline and alkaline soil.Journal of Soil and Water Conservation,2008,22(2):202-205.(in Chinese)

[27] 李鑫,張會慧,張秀麗,許楠,胡舉偉,逄好勝,滕志遠,孫廣玉.不同光環(huán)境下興安胡枝子葉片光合和葉綠素熒光參數(shù)的光響應特點.草業(yè)科學,2016,33(4):706-712. Li X,Zhang H H,Zhang X L.Xu N,Hu J W,Pang H S,Teng Z Y,Sun G Y.Photosynthetic gas exchange and chlorophyll fluorescence parameters in response to illumination intensity in leaves ofLespedezadavuricaunder different light environments.Pratacultural Science,2016,33(4):706-712.(in Chinese)

[28] 郭春芳,孫云.葉綠素熒光動力學在植物抗性生理研究中的應用.福建教育學院學報,2006,7(7):120-123. Guo C F,Sun Y.The application of chlorophyll fluorescence kinetics in the study of physiological responses of plants to environmental stresses.Journal of Fujian Institute of Education,2006,7(7):120-123.(in Chinese)

[29] 張會慧,張秀麗,許楠,賀國強,金微微,岳冰冰,李鑫,孫廣玉.外源鈣對干旱脅迫下烤煙幼苗光系統(tǒng)Ⅱ功能的影響.應用生態(tài)學報,2011,22(5):1195-1200. Zhang H H,Zhang X L,Xu N,He G Q,Jin W W,Yue B B,Li X,Sun G Y.Effects of exogenous CaCl2on the functions of flue-used tobacco seedlings leaf photosystem.Chinese Journal of Applied Ecology,2011,22(5):1195-1200.(in Chinese)

[30] 胡舉偉,張會慧,張秀麗,逄好勝,孫廣玉.高丹草葉片PSⅡ光化學活性的抗旱優(yōu)勢.草業(yè)科學,2015,32(3):392-399. Hu J W,Zhang H H,Zhang X L,Pang H S,Sun G Y.The heterosis of photosystem Ⅱ functions inSorghumbicolor×S.sudanenseseedlings under drought stress.Pratacultural Science,2015,32(3):392-399.(in Chinese)

[31] Chen L S,Li P,Cheng L.Effects of high temperature coupled with high light on the balance between photooxidation and photoprotection in the sun-exposed peel of apple.Planta,2008,228(5):745-756.

[32] 譚偉,李慶亮,羅音,王瑋,楊興洪.外源CaCl2預處理對高溫脅迫煙草葉片光合作用的影響.中國農(nóng)業(yè)科學,2009,42(11):3871-3879. Tan W,Li Q L,Luo Y,Wang W,Yang X H.Alleviative effects of exogenous CaCl2on the inhibition of photosynthesis induced by heat stress in tobacco.China Agriculture Science,2009,42(11):3871-3879.(in Chinese)

[33] 彭勇,陳剛,涂利華,胡庭興,胡紅玲.巨桉和天竺桂幼樹對不同濃度SO2的光合生理響應.西北植物學報,2014,34(1):150-161. Peng Y,Chen G,Tu L H,Hu T X,Hu H L.Photosynthetic physiological responses of saplings ofEucalyptusgrandisandCinnamomumpedunculatumto sulfur dioxide stress.Acta Botanica Boreali-Occidentalia Sinica,2014,39(1):150-151.(in Chinese)

[34] 張秀麗,張倩倩,許天修,凌飛,孫廣玉.施用化肥和農(nóng)家肥緩解鹽堿地桑樹光合午休PSⅡ光抑制.草業(yè)科學,2015,32(5):745-753. Zhang X L,Zhang Q Q,Xu T X,Ling F,Sun G Y.Amelioration of chemical and organic fertilizer on photo-inhibition of PSⅡ at photosynthetic noon-break in mulberry leaves grew in saline-sodic soils.Pratacultural Science,2015,32(5):745-753.(in Chinese)

[35] Lee H Y,Hong Y N,Chow W S.Photoinactivation of photosystem Ⅱ complexes and photoprotection by non-functional neighbours inCapsicumannuumL. leaves.Planta,2001,212(3):332-342.

[36] Strasser R J,Tsimilli-Michael M,Srivastava A.Analysis of the chlorophyll a fluorescence transient.In:Apageorgiou G C,Govindjee.(eds).Chlorophyll A Fluorescence.Netherlands:Springer,2004:321-362.

(責任編輯 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

中央高校基本科研業(yè)務費專項資金項目(2572017CA21)；黑龍江省青年科學基金項目(QC2016018)；國家自然科學基金(C160704)；黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12543013)；東北林業(yè)大學生命科學學院大學生創(chuàng)新訓練項目

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)學研究。E-mail:xlz619@yeah.net

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0374

Q949.737.4;Q945.3

A

1001-0629(2017)04-0735-09

侯薪鑫，陳智鑫,吉仁慈，朱義勇，柴源，高帥，張秀麗.模擬SO2濕沉降對桑樹幼苗生長和光系統(tǒng)Ⅱ的影響.草業(yè)科學,2017,34(4)：735-743.

Hou X X,Chen Z X,Ji R C,Zhu Y Y,Chai Y,Gao S,Zhang X L.Effect of simulated SO2wet deposition on growth and photosystem Ⅱ of mulberry seedlings.Pratacultural Science，2017,34(4)：735-743.