王 月，李學(xué)鵬，彭鴻旭，朱義勇，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)

SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片的形態(tài)和其利用光能的影響

王 月，李學(xué)鵬，彭鴻旭，朱義勇，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)

以桑樹(Morusalba)為材料，用亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合溶液模擬SO2濕沉降，探討SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片光合特性的影響。結(jié)果表明,與清水對(duì)照(CK)相比，100 mmol·L-1SO2濕沉降明顯傷害了桑樹葉片，表現(xiàn)出葉片失綠發(fā)黃、邊緣焦枯、含水量下降，細(xì)胞皺縮且邊緣模糊，氣孔數(shù)量減少，葉片最大凈光合速率顯著下降(P<0.05)。在50 mmol·L-1SO2脅迫下，桑樹幼苗表現(xiàn)出一定的抗性，葉片邊緣略呈焦枯狀態(tài)，葉色濃綠，內(nèi)部細(xì)胞體積減小，密度增大，氣孔數(shù)量增多，最大凈光合速率下降，光呼吸速率、蒸騰速率和水分利用效率增加。說明桑樹葉片可通過調(diào)整葉片結(jié)構(gòu)，降低呼吸消耗和增大光呼吸及蒸騰速率來適應(yīng)50 mmol·L-1SO2脅迫。兩種濃度SO2處理的葉綠素?zé)晒馀c光強(qiáng)的響應(yīng)參數(shù)變化趨勢(shì)相似，差異不顯著(P>0.05)，當(dāng)光強(qiáng)大于400 μmol·mol-1時(shí)，實(shí)際光化學(xué)效率、光化學(xué)淬滅系數(shù)和電子傳遞速率隨著光強(qiáng)的增加而顯著降低(P<0.05)，非光化學(xué)淬滅系數(shù)和非光化學(xué)淬滅值均顯著增加(P<0.05)。說明SO2濕沉降降低了桑樹葉片凈光合速率，增強(qiáng)了呼吸消耗，促使葉片早衰。桑樹可通過調(diào)整葉片自身結(jié)構(gòu)、增加熱耗散和提高水分利用效率等多種途徑適應(yīng)SO2脅迫，且對(duì)低濃度SO2脅迫表現(xiàn)出抗性。

SO2污染；桑樹；掃描電鏡；響應(yīng)曲線；光飽和點(diǎn)；CO2補(bǔ)償點(diǎn)；光呼吸

SO2是主要的大氣污染氣體之一，在一定條件下，SO2會(huì)氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物。SO2主要來源于煤、石油富硫化石燃料的燃燒、工業(yè)氣體的排放和火山噴發(fā)等[1]。高濃度的SO2在大氣中結(jié)合水形成酸雨沉降，使土壤酸化從而間接影響植物生長(zhǎng)[2]，亦或通過氣孔進(jìn)入植物細(xì)胞后在質(zhì)外體中溶解形成亞硫酸根和亞硫酸氫根離子，然后進(jìn)入細(xì)胞對(duì)植物產(chǎn)生傷害[3]。SO2影響到植物的許多關(guān)鍵生理過程，如，葉片細(xì)胞膜透性和膜脂過氧化產(chǎn)物增加，保護(hù)酶活性增強(qiáng)以抵御SO2脅迫等[3]。SO2濕沉降通過H2S信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)，能夠調(diào)節(jié)植物內(nèi)儲(chǔ)藏物質(zhì)的動(dòng)員和活性氧水平，促使植物種子在鋁鹽脅迫下萌發(fā)[4]，這可能與硫是構(gòu)成細(xì)胞的大量元素有關(guān)，硫是細(xì)胞內(nèi)甲硫氨酸、半胱氨酸、蛋白質(zhì)的二硫鍵等重要成分[5]。因此，SO2對(duì)植物的作用具有雙重性，既有害又有利，而具體的效應(yīng)閾值因物種不同存有較大差異。

隨著城市化進(jìn)程和工業(yè)的快速發(fā)展，尤其是汽車數(shù)量劇增[6]，導(dǎo)致大氣中SO2污染源日趨增多，雖然歐盟、美國(guó)、英國(guó)以及我國(guó)都紛紛出臺(tái)相關(guān)政策控制SO2[7]，并取得一定的成效，但不能完全解決這一問題。植物具有吸收大氣SO2能力，依據(jù)吸收利用能力不同，篩選對(duì)大氣SO2抗性或忍受力強(qiáng)的植物已成研究的焦點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),茶花(Camelliajaponica)、香樟(Cinnamomumcamphora)、楊梅(Myricarubra)和常春藤(Hederanepalensisvar.sinensis)對(duì)SO2具有很強(qiáng)的抗性[8]。桑(Morusalba)樹為?？粕俾淙~喬木或灌木，是我國(guó)自古以來的重要的經(jīng)濟(jì)樹種，以往桑葉用于養(yǎng)蠶、根皮入藥，而今桑樹又被廣泛的開發(fā)，賦予多項(xiàng)使命，如利用桑果開發(fā)飲料和保健品，桑葉作茶飲或功能性食品等，此外桑枝葉具有的營(yíng)養(yǎng)豐富高于絕大多數(shù)傳統(tǒng)飼料[9]，可作為新型的高蛋白飼料源[10]。近期研究發(fā)現(xiàn),桑樹與豆科植物間作可改善鹽堿地土壤質(zhì)量，降低土壤pH，提高植物生產(chǎn)力[11]。因此，桑樹不僅是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，而且還可以作為一種脆弱生態(tài)地植被恢復(fù)的先鋒樹種[12]。隨著“東桑西移、南桑北移”政策的實(shí)施和開展，桑樹(尤其是飼料桑)的種植面積逐年擴(kuò)大。桑樹適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、品質(zhì)佳等飼用特性使其在草地農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的開發(fā)日益受到重視[13],不但可在農(nóng)村的路旁、地頭、堤壩等零散地栽植，亦可在鹽堿、貧瘠和工廠附近荒廢地栽植。研究發(fā)現(xiàn)，適度酸雨(pH≥4.5)沉降可促進(jìn)桑樹光合作用，有利于桑樹生長(zhǎng)，原因在于酸雨中含有氮、硫等植物必須大量元素，可促進(jìn)氣孔開度和碳同化[14]。而有研究報(bào)道桑樹對(duì)大氣SO2污染具有一定的抵抗能力[15]，但其對(duì)桑樹光合作用的影響研究為數(shù)不多，為了探究SO2濕沉降對(duì)桑樹光合特性的影響，本研究以東北地區(qū)廣為推廣的桑樹品種“青龍?！睘椴牧希捎脙x慧蘭等[16]的方法，以不同濃度的亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的混合溶液，模擬不同濃度的SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片進(jìn)行噴施，探討SO2脅迫對(duì)桑樹葉片形態(tài)、亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和光合特性的影響機(jī)制，其結(jié)果可為SO2污染嚴(yán)重地區(qū)的城市綠化和退耕還林樹種的選擇提供一定的參考數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2015年5-10月在東北林業(yè)大學(xué)植物生理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，供試桑樹品種為一年齡實(shí)生苗“青龍?！?，種子由黑龍江省蠶業(yè)研究所提供，發(fā)芽培育后待植株長(zhǎng)到10 cm左右移栽到直徑12 cm、高15 cm的培養(yǎng)缽中，為保證試驗(yàn)材料的相對(duì)一致性，在移植時(shí)將桑樹幼苗去掉分支和葉片，只保留主根和主莖各2 cm，每缽定植3株，共計(jì)90株；培養(yǎng)基質(zhì)則由草炭土和清洗過的蛭石均勻混合而成。所有桑樹均置于相同環(huán)境中保證各項(xiàng)生長(zhǎng)條件相對(duì)一致，待植株長(zhǎng)到50 cm左右時(shí)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木進(jìn)行處理。

1.2試驗(yàn)處理

根據(jù)SO2在中性水溶液中亞硫酸根和亞硫酸氫根離子摩爾濃度之比為3∶1[16]，試驗(yàn)采用亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉按照摩爾濃度3∶1配制的混合溶液模擬SO2濕沉降的污染狀態(tài)。選取18株長(zhǎng)勢(shì)一致的苗木分為3組，每組6株，分別用濃度為0(CK)、50、100 mmol·L-1的混合溶液進(jìn)行噴施處理，每3 d噴施一次，為保證桑樹葉片完全吸收混合液，噴施時(shí)葉片正反面均噴施到液滴聚集下降為止，同時(shí)為了防止SO2濕沉降到土壤對(duì)根系的影響，噴施時(shí)利用塑料將盆表面覆蓋。待試驗(yàn)的桑樹葉片出現(xiàn)較為明顯的脅迫癥狀后開始測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法

光響應(yīng)曲線的測(cè)定：在天氣晴朗的條件下，待測(cè)試驗(yàn)苗木先在自然光下誘導(dǎo)1.0～1.5 h，在北京時(shí)間09:00-13:00利用Li-6400光合儀的光合測(cè)定系統(tǒng)，使用儀器自帶光源設(shè)定光強(qiáng)梯度為1 800、1 500、1 200、900、600、400、200、100、50、20和0 μmol·(m2·s)-1，按照光強(qiáng)由低到高的順序分別測(cè)定0、50、100 mmol·L-1的模擬SO2濕沉降的亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉混合溶液處理的桑樹完全展開功能葉片的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、胞間CO2濃度(Ci)和氣孔導(dǎo)度(Gs) 等，每組重復(fù)測(cè)定3次。所得的數(shù)據(jù)利用Photosynthesis Work Bench程序軟件求得Pn-PFD響應(yīng)曲線以及光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽合點(diǎn)(LSP)、表觀量子效率(AQY)、光飽合時(shí)的凈光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)等。

CO2響應(yīng)曲線的測(cè)定：待測(cè)苗木先在自然光下誘導(dǎo)1.5 h后，在北京時(shí)間09:00-13:00采用開放式氣路，溫度設(shè)為25 ℃，使用Li-6400液化CO2鋼瓶提供不同的CO2濃度，設(shè)定CO2濃度梯度為1 500、1 200、1 000、800、600、400、300、200、100和50 μmol·mol-1，測(cè)定PAR為1 200 μmoL·(mol·s2)-1，按照CO2濃度由低到高的順序分別測(cè)定0、50、100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合溶液處理的桑樹完全展開功能葉片的凈光合速率(Pn)。每組重復(fù)測(cè)定3次。用Photosynthesis Work Bench程序軟件求得初始羧化效率(CE)、光呼吸速率(Rp)、最大凈光合速率(Amax)、飽和胞間CO2濃度(Ci)和CO2補(bǔ)償點(diǎn)(Γ)。

葉綠素含量的測(cè)定：每組選取質(zhì)量相同的葉片經(jīng)剪碎后，加入到適量的80%丙酮浸泡，4 ℃暗處放置72 h，期間多次搖晃，浸提液用分光光度計(jì)在663和645 nm處測(cè)定吸光值，按照Porra[17]的方法計(jì)算葉綠素含量。

葉片含水量的測(cè)定：光合測(cè)定的葉片取下，直接稱量鮮重，后放到80 ℃烘箱烘至恒重，測(cè)干重。

含水量=(鮮重-干重)/鮮重×100%。

掃描電鏡樣品制備：取葉片中部中脈附近的部分，切成2 mm×5 mm的小條，用pH 6.8戊二醛進(jìn)行固定，并經(jīng)50%、70%、90%、100%和100%的乙醇系列脫水，然后用100%乙醇∶叔丁醇=1∶1、純叔丁醇各置換一次。再將樣品放入-20 ℃的冰箱冷凍30 min，放入ES-2030(HITACHI)型冷凍干燥儀對(duì)樣品進(jìn)行干燥，精密刻蝕噴鍍儀鍍金后，進(jìn)行觀察拍照。

1.4數(shù)據(jù)處理方法

運(yùn)用Excel(2003)和DPS(7.05)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，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

2.1SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片形態(tài)及葉片表層結(jié)構(gòu)的影響

不同濃度SO2濕沉降處理對(duì)桑樹葉片形態(tài)的影響顯著，而且隨著溶液濃度升高，葉片邊緣萎蔫枯萎面積增大，其中濃度為50 mmol·L-1的處理葉色濃綠程度明顯高于另外兩個(gè)處理(圖1)；同時(shí),對(duì)葉片中部中脈附近表層結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描電鏡的結(jié)果顯示，該處理的葉片內(nèi)細(xì)胞邊緣清晰、體積減小，單位面積內(nèi)細(xì)胞數(shù)目增多，氣孔密度增多；而濃度為100 mmol·L-1的處理葉色變淺呈黃綠色，細(xì)胞邊緣模糊，形態(tài)上表現(xiàn)為氣孔凹陷，保衛(wèi)細(xì)胞皺縮。葉片的腺毛數(shù)量及分布在各處理間差異不明顯。

2.2SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片葉綠素含量和含水量的影響

隨著SO2濕沉降濃度的增加，葉綠素含量增多，50和100 mmol·L-1處理葉片的葉綠素總含量分別較CK高出46.1%(P>0.05)和56.2%(P<0.05)，其中，葉綠素a的含量分別較CK高51.2%(P>0.05)和59.5%(P<0.05)，葉綠素b的含量分別較CK高31.8%(P>0.05)和46.9%(P<0.05)(圖2)。而葉片的含水量也隨著SO2濕沉降濃度的增加而下降，50和100 mmol·L-1濕沉降處理葉片的含水量分別較CK低13.2%(P>0.05)和37.4%(P<0.05)。

圖1 SO2濕沉降處理濃度對(duì)桑樹葉片形態(tài)及細(xì)胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)的影響Fig. 1 Effect of SO2 wet deposition on morphology and structure of cell of mulberry leaf

圖2 SO2濕沉降處理濃度對(duì)桑樹葉片葉綠素含量和含水量的影響Fig. 2 Effect of SO2 wet deposition on chloroform contents and water contents of mulberry leaves

注: 不同小寫字母表示不同SO2處理之間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different SO2wet deposition treatments at the 0.05 level.

2.3SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片凈光合速率的光強(qiáng)和CO2響應(yīng)曲線

不同濃度模擬SO2濕沉降混合溶液處理的桑樹葉片的Pn-PAR曲線有較大差異，在光強(qiáng)低于300 μmol·(m2·s)-1時(shí)，且各處理的桑樹葉片的Pn無顯著差異，即3種處理葉片的光合能力對(duì)弱光的利用率相差不大。隨著光強(qiáng)的增加， CK的Pn明顯大于經(jīng)過SO2濕沉降處理的Pn，表現(xiàn)為CK>50 mmol·L-1>100 mmol·L-1。在光強(qiáng)超過600 μmol·(m2·s)-1時(shí)，隨著光強(qiáng)繼續(xù)增加，100 mmoL·L-1的Pn增幅減小，光響應(yīng)曲線趨于平緩，而SO2濕沉降的Pn隨著光強(qiáng)的增加仍呈明顯的增加趨勢(shì)，光響應(yīng)曲線繼續(xù)增長(zhǎng)，當(dāng)光強(qiáng)超過1 000 μmol·(m2·s)-1時(shí)，濃度為50 mmol·L-1SO2濕沉降處理的Pn響應(yīng)曲線也趨于平緩，不再增加。而CK的Pn響應(yīng)曲線則緩慢上升。不同濃度的模擬SO2濕沉降混合溶液處理的桑樹葉片的Pn-Ci曲線差異不大，濃度小于100 mmol·L-1的SO2濕沉降處理的桑樹葉片的凈光合速率CO2響應(yīng)曲線變化趨勢(shì)相似，其Pn值均隨著CO2濃度增加呈上升趨勢(shì)。當(dāng)CO2濃度低于600 μmol·mol-1時(shí)，Pn隨著CO2濃度增加近似呈直線增加，隨后，隨著CO2濃度繼續(xù)增加，Pn的增加速率逐漸減緩。當(dāng)CO2濃度達(dá)到1 500 μmol·mol-1，Pn曲線漸趨平緩，不再上升。在相同CO2濃度條件下，3個(gè)處理的桑樹葉片的Pn相差不顯著，表明它們的碳同化能力基本相同。此外，當(dāng)CO2濃度低于100 μmol·mol-1時(shí)，3個(gè)處理桑樹葉片的光合產(chǎn)物積累均為負(fù)值，說明桑樹葉片對(duì)CO2的具有典型的C3植物的特征，CO2的補(bǔ)償點(diǎn)小于30 μmol·mol-1。

圖3 SO2濕沉降處理對(duì)桑樹葉片的光強(qiáng)和CO2響應(yīng)曲線的影響Fig. 3 Effect of SO2 wet deposition on Pn-PAR and Pn-Ci curves from mulberry leaves

根據(jù)上述光響應(yīng)曲線得到的表觀量子效率(AQY)、暗呼吸速率(Rd)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)、最大凈光合速率(Pmax)、初始羧化效率(CE)、光呼吸速率(Rp)、最大凈光合速率(Amax)、飽和胞間CO2濃度(Cisat)和CO2補(bǔ)償點(diǎn)(Γ)等光強(qiáng)和CO2響應(yīng)曲線特征參數(shù)(表1)，由此得知，濃度為50 mmol·L-1模擬SO2濕沉降處理的桑樹葉片的AQY、LSP和Pmax分別較CK 低1.59%(P>0.05)、19.90%(P<0.05)和35.29%(P<0.05)，而Rd和LCP分別較CK低48.25%(P<0.05)和45.45%(P<0.05)；而濃度為100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降混合溶液處理的桑樹葉片的AQY、LSP和Pmax分別較CK低17.46%(P>0.05)、45.56%(P<0.05)和40.88%(P<0.05)，而Rd和LCP分別較CK高12.28%(P>0.05)和25.76%(P>0.05)。濃度為50 mmol·L-1模擬SO2濕沉降處理的桑樹葉片的CE和Rp分別高于CK 7.32%(P>0.05)和9.67%(P<0.05)，而Amax、Cisat和Γ則分別低于CK 8.36%(P>0.05)、高于CK 13.77%(P>0.05)和2.08%(P>0.05)；濃度為100 mmol·L-1模擬SO2處理的桑樹葉片的CE和Rp分別高于CK 87.80%(P<0.05)和49.87%(P<0.05)，而Amax、Cisat和Γ分別低于CK 7.91%(P>0.05)、5.32%(P>0.05)和7.61%(P>0.05)。

表1 SO2濕沉降處理對(duì)桑樹葉片光強(qiáng)和CO2響應(yīng)曲線參數(shù)的影響Table 1 Effect of SO2 wet deposition on Pn-PAR and Pn-Ci curves of mulberry leaves.

注：同行不同小寫字母表示不同SO2濕沉降處理間差異顯著(P<0.05)。

Note: Different lowercase letters indicate significant difference among different SO2wet deposition treatments at the 0.05 level.

不同濃度的SO2濕沉降處理的桑樹葉片的胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和水分利用效率(WUE)的光強(qiáng)響應(yīng)曲線變化不盡相同(圖5)。對(duì)于Ci光響應(yīng)曲線，隨著光強(qiáng)增加，3個(gè)處理均呈先降后升的趨勢(shì)，在光強(qiáng)小于500 μmol·(m2·s)-1時(shí)，濃度為50和100 mmol·L-1的SO2濕沉降混合溶液處理的桑樹葉片的Ci均高于CK，但差異不顯著，而當(dāng)光強(qiáng)大于600 μmol·(m2·s)-1時(shí)，3個(gè)處理的Ci值緩慢增加而趨于穩(wěn)定；而Gs光響應(yīng)曲線，隨著光強(qiáng)增加3個(gè)處理均呈上升的趨勢(shì)，濃度為50 mmol·L-1和CK的SO2濕沉降處理的桑樹葉片的Gs差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于濃度為100 mmol·L-1(P<0.01)；桑樹葉片的Tr和Vpdl的光響應(yīng)曲線趨勢(shì)在不同SO2處理間差異顯著，其中100 mmol·L-1>CK>50 mmol·L-1，在光強(qiáng)小于400 μmol·(m2·s)-1時(shí)3個(gè)處理上升均比較緩慢，隨著光強(qiáng)增加，CK處理的葉片的增幅明顯增大，而100和50 mmol·L-1SO2濕沉降處理的桑樹葉片的Tr值則上升幅度略小；而CK和50 mmol·L-1SO2濕沉降處理的桑樹葉片的Vpdl值的光響應(yīng)曲線變化幅度不大，兩者差異不顯著(P>0.05)，但均顯著小于100 mmol·L-1的值(P<0.05)。對(duì)于WUE光響應(yīng)曲線，在光強(qiáng)小于500 μmol·(m2·s)-1時(shí)，3個(gè)處理的WUE均隨光強(qiáng)迅速增加，但光強(qiáng)超過500 μmol·(m2·s)-1后，WUE逐漸趨于穩(wěn)定，當(dāng)光強(qiáng)超過1 200 μmol·(m2·s)-1后，WUE又有所降低，就整體而言，CK和50 mmol·L-1SO2濕沉降液處理的桑樹葉片的WUE差異不顯著(P>0.05)，但均顯著高于100 mmol·L-1(P<0.05)。

圖4 SO2濕沉降處理度對(duì)桑樹葉片光合氣體交換參數(shù)的光響應(yīng)曲線的影響Fig. 4 Effect of SO2 wet deposition on parameters of photo gas exchange response PAR of mulberry leaves

3 討論與結(jié)論

光合作用是植物賴以生存和生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，植物的光合作用受到多種條件的影響，本研究主要探究SO2濕沉降對(duì)桑樹光合特性的影響，因此用兩組濃度較高的亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉混合溶液模擬SO2濕沉降。同時(shí)，對(duì)不同濃度的模擬SO2濕沉降進(jìn)行pH測(cè)定，發(fā)現(xiàn)它們的pH差異非常小且都接近中性，所以模擬SO2濕沉降混合液對(duì)桑樹生長(zhǎng)產(chǎn)生生理效應(yīng)主要為濃度效應(yīng)。在本研究中，模擬SO2濕沉降處理桑樹葉片出現(xiàn)焦枯的癥狀，這與竇宏偉等[15]采用SO2熏蒸桑樹試驗(yàn)結(jié)果相一致；而葉綠素含量易受外界環(huán)境因子的影響，進(jìn)而影響葉片的光合性能，敖紅和張羽[18]發(fā)現(xiàn)，模擬SO2濕沉降處理的云杉(Piceakoraiensis)葉片的葉綠素含量明顯下降，而在本研究中，桑樹葉片中葉綠素含量隨著SO2濕沉降濃度的增加而增加，而葉片的含水量顯著下降，根據(jù)葉片顏色即(CK翠綠，50 mmol·L-1深綠，100 mmol·L-1黃綠)，推斷高濃度SO2濕沉降處理(100 mmol·L-1)，葉片葉綠素含量上升的主要原因是由葉片含水量下降導(dǎo)致的。結(jié)合光響應(yīng)曲線可以推測(cè)出高濃度的混合溶液對(duì)桑樹有一定的脅迫作用。掃描電鏡觀察結(jié)果顯示，濃度為50 mmol·L-1處理的葉片內(nèi)細(xì)胞密度增加，氣孔增多，同樣有研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度提高，植物氣孔數(shù)目增多，同樣水稻(Oryzasativa)在鹽脅迫下氣孔密度增加[19]，有人認(rèn)為這是植物在逆境下具有調(diào)整外部結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力的表現(xiàn)[20]，但菠菜(Spinaciaoleracea)和草莓 (Fragaria×ananassa)在鹽脅迫下葉片氣孔密度降低[21-22]，這可能是由于物種間的差異性所致。

模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片光強(qiáng)響應(yīng)曲線及其參數(shù)的具有顯著影響，當(dāng)光照強(qiáng)度高于300 μmol·(m2·s)-1各處理間凈光合速率差異隨著光強(qiáng)的增大而顯著。表觀量子效率反映植物葉片對(duì)光強(qiáng)尤其是弱光的利用能力[23]，用SO2濕沉降處理的桑樹葉片的表觀量子效率均低于對(duì)照組，說明其對(duì)光響應(yīng)較敏感，葉片細(xì)胞內(nèi)與吸收和轉(zhuǎn)換光能有關(guān)的色素蛋白復(fù)合體可能較少[24]，盡管濃度為50 mmol·L-1SO2濕沉降處理桑樹葉片葉色深綠，葉綠素含量增加，但最大凈光合速率在一定程度上也反映植物對(duì)光能的利用能力及生產(chǎn)有機(jī)物的能力，最大凈光合速率明顯低于對(duì)照組。光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)是衡量植物利用光合作用的重要指標(biāo)，該濃度處理桑樹葉片的光補(bǔ)償點(diǎn)光飽和點(diǎn)顯著低于對(duì)照組，說明它們對(duì)強(qiáng)光的忍受能力較弱，暗呼吸速率顯著低于對(duì)照組，說明桑樹葉片通過降低呼吸消耗及增強(qiáng)利用弱光的能力來適應(yīng)SO2脅迫。環(huán)境光強(qiáng)一旦過高，就會(huì)引起光抑制，這可能是導(dǎo)致最大凈光合速率下降的主要原因[25]；但利用弱光的能力增強(qiáng)，且低光強(qiáng)下積累有機(jī)物較快，這也是該濃度處理，桑樹葉片葉色濃綠的主要原因。而濃度為100 mmol·L-1SO2濕沉降處理的桑樹葉片的光飽和點(diǎn)下將而光補(bǔ)償點(diǎn)上升，即利用弱光和強(qiáng)光的能力均下降，同時(shí)，最大凈光合速率顯著減低，暗呼吸速率增大，氣孔導(dǎo)度和水分利用效率顯著降低，而蒸騰速率和葉片表面水汽壓虧缺顯著上升，說明高濃度(100 mmol·L-1)SO2濕沉降處理的桑樹葉片光合性能受到嚴(yán)重抑制的原因在于葉片中水分的匱乏。

各濃度模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片CO2響應(yīng)曲線及其參數(shù)的影響差異不顯著，在CO2濃度相同條件下，3個(gè)濃度的桑樹葉片的凈光合速率值間無差異，濃度為100 mmol·L-1模擬SO2濕沉降對(duì)桑樹葉片的初始羧化效率顯著高于對(duì)照組，初始羧化效率能夠反映了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)的含量以及活性[26]，說明高濃度的SO2濕沉降可提高桑樹葉片Rubisco的活性，而光呼吸速率同樣增加，表明其葉片在高濃度SO2濕沉降桑樹葉片可以通過光呼吸消耗過剩光能來減輕這種不利條件對(duì)葉片的傷害，有利于保護(hù)光合系統(tǒng)和維持較高光合速率。最大凈光合速率反映了植物葉片的光合電子傳遞和磷酸化的活性[24]，飽和胞間CO2濃度反映了植物利用高CO2濃度的能力，CO2補(bǔ)償點(diǎn)是植物凈光合速率為零時(shí)的CO2濃度，此時(shí)光合同化與呼吸消耗速率相等[25]，而飽和胞間CO2濃度和CO2補(bǔ)償點(diǎn)則要低于CK。由此可知，高濃度的SO2濕沉降引起桑樹葉片光合能力下降的原因還在于碳同化能力下降。

本研究表明SO2濕沉降對(duì)桑樹光合特性有明顯影響，表現(xiàn)在對(duì)相關(guān)生理功能及細(xì)胞結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面，濃度為50 mmol·L-1SO2濕沉降處理各項(xiàng)指標(biāo)與對(duì)照組差別不顯著，當(dāng)SO2濕沉降的濃度達(dá)到100 mmol·L-1時(shí)與對(duì)照組有顯著差別，表明桑樹對(duì)SO2脅迫具有一定的抗性，可以通過調(diào)節(jié)外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部代謝途徑來適應(yīng)SO2脅迫，所以桑樹可以作為SO2輕中度污染區(qū)的“先鋒樹種”來吸收空氣中的SO2，減輕環(huán)境污染。

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EffectofSO2wetdepositiononmorphologyandlightenergyutilizationinmulberryleaves

Wang Yue, Li Xue-peng, Peng Hong-xun, Zhu Yi-yong, Zhang Xiu-li, Sun Guang-yu

(College of Life Science, Northeast Forest University, Harbin 150040, Heilongjiang, China)

In order to explore the effects of SO2wet deposition on the photosynthetic characteristics of leaves of mulberry seedlings, we exposed leaves to simulated SO2wet deposition treatments. Two SO2concentrations (100 and 50 mmol·L-1) were applied. The results showed that compared to 0 mmol·L-1SO2wet deposition (CK), the 100 mmol·L-1treatment clearly damaged mulberry leaves. A wide range of effects were present in treated leaves: chlorosis; leaf blade edges withering; cell shrinkage; indistinct cell edges; decreased stomatal numbers; decreased leaf water content; reduced maximum net photosynthetic rate; significantly reduced light compensation point and light saturation point; and significantly high rates of dark respiration, photorespiration, and transpiration. Overall, light use efficiency by the mulberry leaves was reduced by the 100 mmol·L-1SO2treatment. In mulberry leaves treated with 50 mmol·L-1SO2, the following effects were seen: leaf blade margins were slightly withered; cell volumes were less than those in leaves treated with 100 mmol·L-1SO2; leaves were dark green; leaf water content decreased slightly; cell volume decreased, but cell density increased; stomatal numbers increased; light compensation point, light saturation point, dark respiration, CO2compensation point, and water use efficiency decreased; the maximum net photosynthetic rate decreased; however, photorespiration and transpiration rates increased. We conclude that the mulberry could adjust to the treatment by reducing respiration consumption and increasing photorespiration and transpiration rates to adapt to the 50 mmol·L-1SO2stress. The curve parameters of chlorophyll fluorescence in response to light were similar between the two SO2concentrations stress. The actual photochemical efficiency, photochemical quenching coefficient, and electron transfer rate decreased with the increase in light intensity; these values were significantly lower than those of CK in photon flux density conditions over 400 μmol·mol-1. Meanwhile, photochemical quenching coefficient and photochemical quenching were significantly higher than those of CK. Mulberry, therefore, has some resistance to SO2stress through adapting leaf structures and modifying heat dispersion.

SO2pollution; mulberry; scanning electron microscope; light saturation point; CO2compensation point; chlorophyll fluorescence; photorespiration

Zhang Xiu-li E-mail:xlz619@yeah.net

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0609

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S888.1;Q944

A

1001-0629(2017)10-2080-10

2016-12-12

2017-02-24

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(2572017CA21)；黑龍江省青年科學(xué)基金(QC2016018)；國(guó)家自然科學(xué)基金(C160704)

王月(1994-)，女，黑龍江肇東人，在讀碩士生，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)學(xué)。E-mail:2807866840@qq.com

張秀麗(1980-)，女，吉林舒蘭人，講師，博士，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)學(xué)。E-mail:xlz619@yeah.net

(責(zé)任編輯 張瑾)

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