李 紅，鄭春芳，陳繼濃，于 馮，康華靖

（1.溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 溫州 325006；2.浙江省近岸水域生物資源開發(fā)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所，浙江 溫州 325005）

紅樹林是國(guó)際《濕地公約》《生物多樣性公約》《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》《中國(guó)濕地行動(dòng)計(jì)劃》和《中華人民共和國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)法》等的重要保護(hù)對(duì)象之一[1]。它的高生產(chǎn)力、高歸還率和高分解率功能給近海海洋生態(tài)系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)，在防止海岸侵蝕、減緩海平面上升、減輕污染、海洋藥物研發(fā)、科研教育、生態(tài)旅游等方面發(fā)揮著重要作用[2]。紅樹植物廣泛分布于熱帶亞熱帶海岸潮間帶地區(qū)，溫度是影響其分布的最主要因素。溫度是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育及其地理分布的一個(gè)重要生態(tài)因素，植物只有在適宜的溫度環(huán)境下才能正常生長(zhǎng)發(fā)育并順利完成其生活史[3]。研究樹種生境中溫度等逆境脅迫對(duì)光合作用的影響及其與植物的生態(tài)分布和演替狀態(tài)之間的聯(lián)系，一直倍受關(guān)注[4-6]。

光合作用是綠色植物生長(zhǎng)發(fā)育的基礎(chǔ)。目前低溫對(duì)紅樹植物光合作用的影響一直深受關(guān)注。楊盛昌等[7]發(fā)現(xiàn)，低溫抑制紅樹植物葉片凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用率，促進(jìn)胞間CO2濃度增加。Kao等[8]認(rèn)為，低溫脅迫使紅樹植物葉片光系統(tǒng)II（PSII）反應(yīng)中心電荷分離實(shí)際量子效率（ΦPSII）以及電子傳遞速率（ETR）降低，抑制了PSII活性和ETR，致使光合功能受損。秋茄樹Kandelia obovata是一種典型紅樹植物，由于其適應(yīng)性廣，是我國(guó)亞熱帶海岸灘涂綠化應(yīng)用最廣的紅樹之一[9]。秋茄樹屬于耐寒紅樹植物之一，也是浙江省溫州市紅樹林引種成林最北緣的唯一品種[10]。另外，楊娟等[11]研究了溫度對(duì)相同引種地三個(gè)秋茄樹居群遺傳多樣性的影響，結(jié)果表明低溫導(dǎo)致了秋茄樹遺傳多樣性的減少。為了緩解低溫對(duì)紅樹的傷害，余敏等[12]探討了外源NO緩解秋茄樹低溫脅迫的生理機(jī)制；鄭春芳等[10]研究了烯效唑?qū)Φ蜏孛{迫下秋茄樹幼苗光合作用與抗氧化系統(tǒng)的影響，認(rèn)為烯效唑處理能減少低溫脅迫對(duì)秋茄樹葉片細(xì)胞的傷害。

鑒于秋茄樹重要的生態(tài)功能和價(jià)值，人們一直致力于其向高緯度地區(qū)引種。秋茄樹雖是眾多紅樹植物中耐寒性最強(qiáng)的種類，但高緯度地區(qū)冬季極端低溫天氣會(huì)使得秋茄樹遭受到凍害，甚至引起植株的死亡。因此，本文擬通過室內(nèi)不同溫度下的受控實(shí)驗(yàn)，研究秋茄樹幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)對(duì)光強(qiáng)（PAR）變化的響應(yīng)，以期為高緯度地區(qū)秋茄樹幼苗的繁育和造林提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 材料培養(yǎng)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試秋茄樹為2年生移植容器苗，由浙江海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所提供。幼苗于2017年春季移植，統(tǒng)一種植在口徑為25 cm，底直徑為20 cm，高25 cm的塑料小水桶中。桶內(nèi)裝有3 kg自然風(fēng)干的灘涂淤泥（NaCl含量為1.29 g·kg-1），每桶4株幼苗。于2018年1月置于溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)箱（晝/夜溫度為25/20℃，濕度為75%）中適應(yīng)7 d，然后進(jìn)行各試驗(yàn)處理，具體晝/夜溫度分別設(shè)置為A（25/20℃），B（20/15℃），C（15/10℃），D（10/5℃）和E（5/0℃），晝、夜處理時(shí)間各為12 h，培養(yǎng)箱中PAR為400 μmol·m-2·s-1，濕度均設(shè)置為75%，由外置加濕器保證濕度的穩(wěn)定，共處理28 d。每種處理3盆，每盆4株，常規(guī)管理，3次重復(fù)，完全隨機(jī)排列。

1.2 測(cè)定內(nèi)容與方法

測(cè)量前分別選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株各7株，每株上各選取一張葉片待測(cè)（由于E處理生長(zhǎng)狀況極差，葉片脫落嚴(yán)重，故不予測(cè)量）。此時(shí)秋茄樹幼苗高度集中在35～ 40 cm，地徑約1.5 cm。植株生長(zhǎng)正常。所選葉片的葉色較綠，均為完全發(fā)育成熟且健壯的葉片。

利用便攜式光合儀（LI-6400-40，LI-COR INC.，USA）于9:00-16:00進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量。儀器參數(shù)設(shè)置參考文獻(xiàn)[13]，光梯度設(shè)置為1 800，1 600，1 400，1 200，1 000，800，600，400，200，150，100和50 μmol·m-2·s-1，并應(yīng)用自動(dòng)測(cè)量程序自動(dòng)記錄氣體交換參數(shù)和葉綠素?zé)晒鈪?shù)，儀器可直接測(cè)量得到葉片的ETR，PSII反應(yīng)中心的激發(fā)能捕獲效率（Fv'/Fm'），ΦPSII，光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP）和非光化學(xué)猝滅系數(shù)（qN）等參數(shù)對(duì)PAR的響應(yīng)曲線。每次記錄最小等待時(shí)間為60 s，最大等待時(shí)間為90 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)光合計(jì)算軟件4.1（井岡山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 數(shù)理學(xué)院），分別應(yīng)用光響應(yīng)機(jī)理模型（Model I）、直角雙曲線模型（Model II）、非直角雙曲線模型（Model III）和雙指數(shù)方程模型（Model IV）進(jìn)行擬合及計(jì)算[14]。SPSS19.0版本（SPSS，Chicago,IL）軟件進(jìn)行計(jì)算、處理和方差差異顯著性分析，采用Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋茄樹ETR 對(duì)PAR 的響應(yīng)

由圖1可以看出，各處理秋茄樹幼苗葉片的ETR在PAR＜600 μmol·m-2·s-1時(shí)均先隨PAR的升高而快速增大，隨后，ETR上升較為平緩，并在1 400 μmol·m-2·s-1時(shí)達(dá)到最大，之后，隨著PAR的增加而略有下降。從圖1還可以看出，A和B處理下秋茄樹幼苗葉片的ETR較為接近，整體上遠(yuǎn)高于C和D處理（P＜0.05）。另外，C處理的ETR整體上也明顯高于D處理（P＜0.05）。

以A處理數(shù)據(jù)為例，分別應(yīng)用Model I，Model II，Model III和Model IV進(jìn)行擬合，其結(jié)果見圖2。從圖2可看出，除Model II不能很好地?cái)M合高PAR下ETR下降的趨勢(shì)外，其余模型均能較好地?cái)M合測(cè)量值的變化趨勢(shì)。從確定系數(shù)（R2）來看，4種模型的R2均高于0.9（表1）。

表1 ETR對(duì)光響應(yīng)曲線的擬合結(jié)果 (平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)誤差)Table 1 Fitting of response curve of ETR to light

從擬合得到的最大電子傳遞速率（ETRmax）來看，Model I，Model III和Model IV擬合得到的結(jié)果較為接近，且與實(shí)測(cè)ETRmax較為吻合；雖然Model III擬合得到的值相對(duì)較高，但除A處理外，其余處理下的擬合值也與實(shí)測(cè)ETRmax間無顯著差異（P＞0.05）。然而，從擬合得到的飽和PAR來看，4種模型擬合的效果存在較大差異。整體來看，Model I和Model IV擬合得到的飽和PAR較高，前者擬合得到的飽和PAR分別為1 337.130（A），1 255.383（B），1 118.327（C）和1 076.744（D）μmol·m-2·s-1；后者擬合得到的飽和PAR則分別為1 236.420（A），1 163.419（B），1 178.053（C）和1 042.090（D）μmol·m-2·s-1，且與實(shí)測(cè)ETRmax所對(duì)應(yīng)的PAR較為接近，遠(yuǎn)高于Model II和Model III擬合的結(jié)果（P＜0.05）。由此判斷，Model I和Model IV的擬合效果較好。另外，由初始斜率的擬合值來看，在同一模型下，A和B處理值較為接近，且遠(yuǎn)高于C和D處理（P＜0.05）。

圖1 不同溫度處理下秋茄樹幼苗葉片ETR 對(duì)PAR 的響應(yīng)Figure 1 Response of ETR of different treated K.obovata on PAR

圖2 Model I，Model II，Model III和Model IV對(duì)ETR-光響應(yīng)曲線的擬合Figure 2 Fitting of 5 models and measure values of different treated K. obovata

2.2 秋茄樹幼苗Fv'/Fm'和ΦPSII 對(duì)PAR 的響應(yīng)

由圖3 a可以看出，同一溫度處理下，秋茄樹幼苗的Fv'/Fm'隨著PAR的升高而整體波動(dòng)較小。比較不同溫度下的Fv'/Fm'可以看出，在A和B處理下的Fv'/Fm'值極為接近，顯著高于C和D處理（P＜0.05）。由圖3b可以看出，隨著PAR的升高，秋茄樹幼苗的ΦPSII逐漸降低。同樣，比較不同溫度下的ΦPSII可以看出，在A和B處理下的ΦPSII極為接近，顯著高于C和D處理（P＜0.05）。

圖3 不同溫度下秋茄樹幼苗實(shí)際Fv'/Fm'（a）和實(shí)際ΦPSI（b）對(duì)PAR的響應(yīng)Figure 3 Fv'/Fm' and ΦPSII of different treated K. obovata

2.3 秋茄樹幼苗qP 和qN 對(duì)PAR 的響應(yīng)

由圖4a可以看出，同一溫度處理下，秋茄樹幼苗光的qP隨著PAR的升高而逐漸降低。比較不同溫度下的Fv'/Fm'可以看出，隨著處理溫度的降低，秋茄樹幼苗的qP也逐漸下降。由圖4b可以看出，隨著PAR的升高，秋茄樹幼苗的qN整體波動(dòng)較小；而比較不同溫度下的qN可以看出，在A和B處理下的qN值極為接近，且顯著高于C和D處理（P＜0.05）。同樣，在C和D處理之間的qN也存在顯著差異（P＜0.05）。

圖4 不同溫度下秋茄樹幼苗qP（a）和qN（b）對(duì)PAR 的響應(yīng)Figure 4 Light-response curves of qP and qN of different treated K.obovata

3 結(jié)論和討論

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)作為研究植物光合功能快速、無損傷的探針，在測(cè)定葉片光合同化過程中，光系統(tǒng)對(duì)光能的吸收、傳遞、耗散、分配等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，本文基于熒光數(shù)據(jù)比較了不同溫度處理秋茄樹幼苗對(duì)不同PAR的響應(yīng)。

本試驗(yàn)運(yùn)用了4種模型對(duì)不同溫度下秋茄樹葉片的飽和PAR進(jìn)行了探討。結(jié)果顯示，Model I擬合給出的飽和PAR分別為1 337.130（A），1 255.383（B），1 118.327（C）和1 076.744（D）μmol·m-2·s-1；Model IV擬合給出的結(jié)果分別為1 236.420（A），1 163.419（B），1 178.053（C）和1 042.090（D）μmol·m-2·s-1，且以上2種模型擬合結(jié)果與實(shí)測(cè)ETRmax對(duì)應(yīng)的PAR較為接近（P＞0.05）。由此可見，秋茄樹幼苗葉片的飽和PAR范圍為1 000～ 1 400 μmol·m-2·s-1，說明秋茄樹幼苗表現(xiàn)出較強(qiáng)的陽生植物特性。

從ETRmax的擬合結(jié)果來看，4種模型的擬合結(jié)果整體上與實(shí)測(cè)ETRmax較為吻合。而A，B，C，D不同處理下的ETRmax之間差異顯著（P＜0.05），以光響應(yīng)機(jī)理模型的擬合值為例，在A，B，C，D處理下，秋茄樹葉片的ETRmax分別為124.393，110.812，64.153和31.567 mol·m-2·s-1，不同溫度間ETRmax的值均達(dá)到顯著差異（P＜0.05）?？梢姡瑴囟鹊陀?0℃對(duì)秋茄樹幼苗的光合影響較大。這與秋茄樹幼苗植株生長(zhǎng)的外部形態(tài)觀察結(jié)果較為一致。

Fv'/Fm'代表光合反應(yīng)中心PSII的光合效率，反映了光合反應(yīng)中心在部分關(guān)閉的情況下的實(shí)際捕獲能量的傳遞效率[15]。同樣，ΦPSII也可作為研究植物光抑制的一種快速的、非損傷性的指標(biāo)[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在C和D處理下，秋茄樹幼苗的Fv'/Fm'和ΦPSII顯著降低（P＜0.05）。qP反映PSII天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子傳遞的份額，并進(jìn)一步反映PSII反應(yīng)中心的開放程度和電子傳遞活性的大小[17-18]。從測(cè)量數(shù)據(jù)來看，在A和B處理下，秋茄樹幼苗葉片的qP較為接近，均顯著高于C和D處理（P＜0.05），這說明溫度高于20℃處理的秋茄樹幼苗葉片PSII反應(yīng)中心的開放程度和電子傳遞活性的大小基本穩(wěn)定。植物吸收的光能一部分用于光合作用外，還有一部分可通過qN過程來調(diào)整過量能量的耗散，保護(hù)PSII反應(yīng)中心免受因吸收過多光能而引起的光氧化和光抑制傷害[19]。比較不同溫度下的qN可以看出，在A和B處理下的qN較高，顯著高于C和D處理（P＜0.05），說明較低溫度下秋茄樹幼苗葉片通過qN過程來調(diào)整過量能量耗散的能力較差。這與較低溫度對(duì)紅樹的相關(guān)研究相一致[7-8]。鄭春芳等[10]研究表明，烯效唑處理能改善低溫脅迫下秋茄樹植株抗氧化系統(tǒng)運(yùn)行，減少低溫脅迫對(duì)秋茄樹葉片細(xì)胞的傷害。因此，在溫州地區(qū)進(jìn)行秋茄樹的推廣應(yīng)用，在其幼苗階段建議噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以提高其抗寒性。

綜合本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同溫度下的秋茄樹幼苗均表現(xiàn)出陽生植物特性，幼苗葉片飽和PAR范圍為1 000～1 400 μmol·m-2·s-1；溫度低于20℃對(duì)秋茄樹幼苗的光合影響較大；最低溫度低于5℃將影響幼苗的生存。因此，建議在幼苗階段，夏季進(jìn)行適當(dāng)遮陽，冬季噴施植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑或采用其他措施進(jìn)行保溫。