不同供磷水平對香花油茶幼苗生理和葉綠素熒光特性的影響

余振東，呂 琪，馬錦林，陳昱宇，謝偉東，莫維維，劉 凱

（1.廣西大學 林學院，廣西南寧 530004；2.廣西壯族自治區林業科學研究院 廣西特色經濟林培育與利用重點實驗室 廣西油茶良種與栽培工程技術研究中心，廣西南寧 530002）

磷是植物生長發育不可缺少的營養元素之一，它既是植物體內許多重要有機化合物的組分，同時又以多種方式參與植物體內各種代謝過程，磷缺乏或過量都會抑制植物的光合作用，影響植物生長[1]。石媛媛等[2]對廣西油茶（Camelliaoleifera）林地的土壤肥力狀況進行調查，發現土壤有效磷含量處于極低水平，磷是促進油茶果實膨大的重要元素，磷含量直接影響油茶的產量。

植物體內的過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、丙二醛（MDA）、可溶性糖（SS）和可溶性蛋白（SP）等物質在逆境中會發生相應的變化。龔絲雨等[3]對煙草（Nicotianatabacum）的研究表明，當植物處于低磷脅迫時，煙草體內的SOD、POD 和CAT 活性顯著增強，清除煙草受脅迫時產生的超氧自由基，維持細胞內外的氧化還原平衡，確保植物的正常生長；高樂等[4]研究表明，低磷脅迫可提高橡膠（Heveabrasiliensis）葉片MDA含量，引起葉片膜脂過氧化，通過提升CAT 和SOD活性可緩解葉片的膜脂過氧化。歐陽澤怡等[5]發現低磷脅迫使赤皮青岡（Cyclobalanopsisgilva）葉片可溶性蛋白合成受到抑制，細胞滲透調節能力下降，產生更多的MDA，刺激保護酶系統，清除自由基，削弱膜脂過氧化，進而降低植物體內MDA含量。孫小富等[6]發現低磷脅迫下寬葉雀稗（Paspalumwettsteinii）葉片SOD、POD和CAT活性均顯著增強。

葉綠素熒光分析技術是研究植物光合特性與環境因子關系的探針，利用葉綠素熒光分析技術可以方便快捷地反映植物光合系統對光能的吸收和利用情況[7]。目前，有關植物在低磷脅迫下的葉綠素熒光特性響應機制已有報道。衛先偉等[8]發現低磷脅迫主要抑制紫花苜蓿（Medicagosativa）葉片受體側及反應中心電子傳遞鏈性能，使光系統Ⅱ（PSⅡ）實際光化學量子效率（ΦPSⅡ）性能下降，光合電子傳遞受阻，最終導致生物量和磷利用效率降低；劉云等[9]研究發現山白蘭（Paramicheliabaillonii）幼苗最大熒光（Fm）、最大光化學效率（Fv/Fm）及PSⅡ實際光化學效率Y (Ⅱ)均隨磷水平降低而降低；袁繼存等[10]發現蘋果幼樹葉片初始熒光（Fo）、Fm和可變熒光（Fv）在一定范圍內隨磷濃度升高而增加；葉思誠[11]研究表明，低磷脅迫使油茶葉片葉綠素含量、Fv/Fm和ΦPSⅡ下降。

香花油茶（Camelliaosmantha）是2012年在廣西南寧被發現的山茶科（Theaceae）山茶屬短柱茶組的1 個新物種，具有早熟、果量多、出籽率高和抗逆性強等特點，已逐步在廣西、海南等地推廣種植[12]。目前，針對香花油茶的研究主要集中在生物學特性[13]、種質評價與篩選[14]、抗逆性[15-17]、基因遺傳[18]、苗木繁育[19]和綜合利用[20]等方面。香花油茶主要栽培區多為熱帶、亞熱帶酸性土壤，土壤有效磷含量較低[2]，是香花油茶生長的主要限制因子。本研究以香花油茶‘義祿’幼苗為試驗材料，研究不同供磷水平對香花油茶幼苗生理指標和葉綠素熒光參數的影響，以了解香花油茶對磷脅迫的適應策略，為香花油茶的選育及推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在廣西南寧市廣西大學林學院苗圃（108°17′E，22°50′N），海拔84 m，屬亞熱帶季風氣候，年均氣溫21.8 ℃，冬季最冷月平均氣溫12.8 ℃；5—9月為雨季，其余時間為旱季，年均降水量1 304.2 mm，年均相對濕度80%；年均日照時長為1 501 h。

1.2 試驗材料

2022年5月15日進行盆栽試驗，材料為廣西壯族自治區林業科學研究院育苗基地提供的長勢良好、苗高和地徑基本一致的2年生香花油茶‘義祿’幼苗。盆栽土壤基質由紅壤土與河沙按照1∶1比例混合而成。紅壤土有機質含量為21.46 g/kg，全氮含量為3.69 g/kg，全磷含量為0.18 g/kg，全鉀含量為3.29 g/kg，速效氮含量為81.28×10-3g/kg，速效磷含量為0.66×10-3g/kg，速效鉀含量為53.35×10-3g/kg。利用HH2 土壤水分速測儀（浙江托普云農科技股份有限公司）實時監測土壤水分含量。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計

采用塑料花盆種植香花油茶，塑料花盆規格為17.2 cm（直徑）×17.3 cm（高）；每盆裝3.5 kg基質，底部墊托盤，防止肥料隨水淋融流失。參照余平福等[21]的試驗方法，以蒸餾水為對照（CK），設置1 個CK組（0 mg/kg））和3個不同供磷水平組（P1：4 mg/kg、P2：8 mg/kg和P3：16 mg/kg）；使用KH2PO4作為磷源，除磷元素外，其他營養元素的濃度保持一致。每個處理3 個重復，每個重復5 株，共60 株。2022年6月，各處理組每隔7 天澆灌1 次150 mL 對應磷水平的Hoagland 營養液。試驗期間，用蒸餾水保持土壤相對含水量為60%左右，以維持植物正常生長所需水分。培養90天后，測定各項指標。

1.3.2 指標測定

（a）葉綠素熒光特性測定：2022年9月15日，9：00～12：00 測定葉綠素熒光特性，每處理隨機選取3 株植株，每株隨機選擇不同方向3 片成熟葉片（植株頂端第1 片葉片開始往下數第4～6 片葉片）。采用DUAL-PAM-2500（德國WALZ）測定葉綠素熒光參數；葉片測定前先暗適應20 min，測定Fo、Fm和Fv。采用活化光對黑暗處理的葉片進行光處理；在光適應狀態下測量實際熒光產量（F'o）、最大熒光產量（F'm）、Y(Ⅱ)和電子傳遞效率（ETR）。根據測定參數計算Fv/Fm、光化學淬滅系數（qP）、ΦPSⅡ、非光化學猝滅系數（qN）。計算公式[22]為：

（b）生理指標測定：采集成熟葉片，用去離子水清洗干凈，裝入自封袋后迅速放入冷藏箱中，帶回實驗室，放入-80 ℃的超低溫冰箱中冷藏，備用。采用核黃素-NBT 法測定SOD 活性；采用愈創木酚法測定POD 活性；采用紫外吸收法測定CAT 活性；采用硫代巴比妥酸法測定MDA含量；采用考馬斯亮藍G-250 染色法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[23-24]。

1.3.3 數據處理

采用Excel 2010 軟件處理數據及繪制圖表；采用Duncan's 新復極差法進行多重比較；采用隸屬函數法[25]對各項指標進行綜合分析。

隸屬函數值計算公式為：

反隸屬函數值計算公式為：

式中，U(Xi)為第X個因子的得分值；Xmax和Xmin為該指標最大和最小測定值。

指標與綜合評判結果呈負相關，均使用公式（5）進行計算；指標與綜合評判結果呈正相關，均使用公式（4）進行計算。

2 結果與分析

2.1 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片滲透物質的影響

不同供磷水平對可溶性糖含量影響不顯著，對可溶性蛋白含量影響顯著（P<0.05）（圖1）?？扇苄蕴呛勘憩F為P3 水平>P1 水平>CK>P2 水平。隨供磷水平增加，可溶性蛋白含量呈波動變化，表現為P1水平>P3水平>CK>P2水平。

圖1 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片滲透物質的影響Fig.1 Effects of different phosphorus supply levels on osmotic substances in leaves of C.osmantha seedlings

2.2 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片抗氧化酶活性及MDA含量的影響

不同供磷水平對SOD、POD 和CAT 活性及MDA含量均影響顯著（P<0.05）（圖2）。隨供磷水平增加，SOD、POD 和CAT 活性均呈先升后降的趨勢。SOD 活性表現為P1 水平>P2 水平>CK>P3 水平，P3水平下顯著低于其他供磷水平；POD 活性表現為P2 水平>P3 水平>P1 水平>CK，P2 水平下顯著高于CK 和P1 水平，P3 水平下顯著高于CK；CAT 活性表現為P2水平>P1水平>CK>P3水平，P2水平下顯著高于其他供磷水平；MDA 含量表現為P3 水平>P1 水平>CK>P2 水平，P2 水平下顯著低于其他供磷水平，P3水平下顯著高于其他供磷水平。

圖2 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片抗氧化酶及MDA含量的影響Fig.2 Effects of different phosphorus supply levels on antioxidant enzymes and MDA contents in leaves of C.osmantha seedlings

2.3 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

隨供磷水平增加，Fo、Fm、Fv和Fv/Fm均呈先升后降的趨勢（表1）。Fo、Fm、Fv和Fv/Fm均表現為P2 水平>P1 水平>CK>P3 水平，P2 水平下顯著高于其他供磷水平（P<0.05）。

表1 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響Tab.1 Effects of different phosphorus supply levels on chlorophyll fluorescence parameters in leaves of C.osmantha seedlings

不同供磷水平對qP、qN、ETR和Y(Ⅱ)均影響顯著（P<0.05）（表2）。qP表現為P2水平>P1水平>P3水平>CK，P2水平下最大（0.33），與CK和P3水平均差異顯著。隨供磷水平增加，qN呈先降后升的趨勢，表現為P3水平>CK>P1水平>P2水平，P2水平下與其他供磷水平差異顯著。隨供磷水平升高，ETR和Y(Ⅱ)均呈先升后降的趨勢，均表現為P2水平>P1水平>P3水平>CK，P2水平下ETR與其他供磷水平差異顯著，Y(Ⅱ)與P3水平、CK差異顯著。

表2 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片qP和qN的影響Tab.2 Effects of different phosphorus supply levels on qP and qN in leaves of C.osmantha seedlings

2.4 隸屬函數綜合分析

單項指標所得結果不同，不能反映不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片生理及葉綠素熒光參數影響的總體情況，采用隸屬函數法對香花油茶幼苗葉片各指標進行綜合分析。不同供磷水平的隸屬函數均值表現為P2 水平>P1 水平>P3 水平>CK，P2水平的隸屬函數均值最大（0.85），CK 的隸屬函數均值最?。?.22）（表3）。

表3 香花油茶幼苗葉片各指標隸屬函數值及綜合評價Tab.3 Membership function values and comprehensive evaluation of different indexes in leaves of C.osmantha seedlings

3 討論與結論

3.1 討論

3.1.1 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片生理特性的影響

可溶性蛋白和可溶性糖含量的變化體現了植物抗逆性的強弱[26-27]?？扇苄缘鞍资侵匾臐B透調節物質和營養物質，其增加能提高細胞的保水能力；可溶性糖作為小分子物質參與滲透調節，其增加能提高細胞液濃度，降低水勢[28]。本研究中，部分適宜的供磷水平下，可溶性糖和可溶性蛋白含量均增加，香花油茶幼苗抗逆能力增加。但在P2供磷水平下，可溶性糖和可溶性蛋白含量均較低，其原因有待進一步研究。

在逆境條件下，植物體內會產生大量活性氧，植物會通過提高抗氧化酶活性來分解活性氧以維持自身的正常代謝，其中主要包括SOD、CAT 和POD[29]。本研究中，3種抗氧化酶活性均隨供磷水平增加呈先升后降的趨勢，說明適當的供磷水平可提高香花油茶幼苗葉片的膜保護系統酶活性，有助于提高植株的抗性及對環境的適應性。在高磷環境中，SOD、POD 和CAT 活性均表現為下降趨勢，說明磷水平過高時，會降低細胞清除和減少體內活性氧的能力。

MDA 是植物細胞膜脂過氧化的重要產物，其含量能體現細胞膜結構的損傷程度和膜脂過氧化水平[4]。本研究中，P1 供磷水平下，MDA 含量增加，說明香花油茶受到一定程度的脅迫，加快了植株葉片的膜脂過氧化反應的進程。P2供磷水平下，MDA含量最低。原因是POD、SOD 和CAT 活性均較高，清除較多體內活性氧，細胞膜結構損傷程度較小。P3供磷水平下，MDA 含量最高。原因是POD、SOD 和CAT活性均降低，體內活性氧增多，細胞膜結構損傷程度變大。

3.1.2 不同供磷水平對香花油茶幼苗葉片葉綠素熒光參數的影響

Fo、Fm和Fv等主要反映PSⅡ的光合電子傳遞速率和光化學活性，也是反映葉片光合能力強弱的重要指標[30]。本研究中，隨供磷水平增加，各項葉綠素熒光參數均呈先升后降的趨勢，P2 供磷水平下各指標均最高，說明適當的供磷水平下香花油茶幼苗體內電子傳遞較優，光能更好地被利用，促進光化學量子產額增加。

熒光猝滅即熒光產量下降的過程，分為光化學和非光化學猝滅兩大類。qP 反映PSⅡ天線色素吸收光能用于光化學電子傳遞的份額，能夠反映PSⅡ開放程度[31]。qN 反映PSⅡ天線色素吸收的光能不能用于光化學電子傳遞，以熱的形式耗散掉的部分[31]。本研究中，CK 的qP 值最低、qN 值較大，表明缺磷會抑制香花油茶幼苗葉片PSⅡ光合電子傳遞活性；P2 水平時，qP 最大（0.33），qN 最?。?.54）。表明適宜的磷水平可促進葉片PSⅡ光合電子傳遞活性。

植物的ETR 反映植物吸收光能沿光合電子傳遞鏈的傳遞利用效率，很大程度上體現植物光合速率的大小[32]。Y(Ⅱ)可反映PSⅡ反應中心在有一部分關閉情況下的實際原初光能捕獲效率，葉片不經過暗適應在光下直接測得，可作為體現植物光合電子傳遞速率快慢的相對指標[33]。本研究中，隨供磷水平增加，ETR 和Y(Ⅱ)均呈先升后降的趨勢；P2 水平時，ETR 最大（117.01），Y(Ⅱ)最大（0.21）。表明適宜的磷水平可促進葉片的光能捕獲能力，并通過降低熱耗散提高光合電子傳遞能力，提高葉片的光合性能。

3.2 結論

本研究對不同供磷水平下香花油茶幼苗生理和葉綠素熒光特性進行了初步研究，發現8 mg/kg供磷水平對香花油茶幼苗葉片的生理脅迫最低，幼苗光合能力最強，有利于幼苗生長發育。為更好地實現香花油茶推廣引種工作，今后可針對香花油茶不同生長期、不同年齡階段的生理特性及其生長發育、養分代謝和產量、品質等方面進行進一步研究。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突。

作者貢獻聲明：余振東負責試驗設計、指標測定、數據收集與分析和論文撰寫；呂琪、陳昱宇和劉凱負責試驗設計與調查；莫維維負責苗期管理、數據收集與分析；謝偉東、馬錦林負責試驗設計、數據收集和論文撰寫指導與修改。