叶绿素荧光特性对龙脑樟配方肥的响应

温 婷,陈周琴,张 露*,易 敏,李燕山,杨 亮

(1.江西农业大学江西特色林木资源培育与利用2011协同创新中心，江西南昌330045；2.江西省吉安市林业科学研究所,江西吉安343011)

龙脑樟(Cinnamomumcamphorachvar.Borneol)是1986年发现的樟树(Cinnamomumcamphora(L.) Presl)[1]5个化学类型中的一个新的珍稀类型[2-3],其鲜叶精油中右旋龙脑含量较高，现已成为提取右旋龙脑的最佳植物资源[4]。右旋龙脑又称天然冰片，是我国传统的中药材和香料，原料基本来源于进口[5]。目前，国内外对天然冰片的需求量日益增长，供不应求，因此龙脑樟市场潜力巨大，前景广阔[6]。至今为止，人们对龙脑樟这一树种的开发利用较少，研究多集中于无性快繁技术[7-13]、抚育技术[14-15]、叶油成分[16-19]等方面。也有少数在施肥方面进行了研究[20-22]，结果表明合理地施肥可以明显的提高龙脑樟龙脑的产量，但对于施肥对龙脑樟叶片光合能力、荧光特性的影响研究却鲜见报道。

叶绿素荧光特性与植物的光合作用密切相关，能够准确地、迅速地反映光合作用的能量转化轨迹[23]。植物的叶绿素荧光参数可通过分析技术测得，能反映环境变化对光合作用的影响规律[24]，是决定产量的重要因素[25-26]，因而被视为揭示植物光合作用与环境关系的内在探针，成为研究作物光合生理的有力工具[27]。近几年，有关植物荧光特性与其抗性生理[28-29]及不同品种间叶绿素荧光特征比较[30-31]的研究较多，但对樟属植物叶绿素荧光特征与施肥调控的关系等方面的研究鲜有报道。

本研究以龙脑樟多年生矮林为试验材料，采用“3414”不完全最优回归设计方案，对龙脑樟矮林的叶绿素荧光参数进行了测定，比较不同施肥处理下龙脑樟叶绿素荧光特性的变化，阐明龙脑樟矮林光合作用对不同施肥处理的响应机制，为龙脑樟高效栽培和生物产量提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以多年生矮林作业方式经营的龙脑樟为研究材料。试验地设在吉安市青原区吉安市林业科学研究所科经营山场内(27°03′N，115°02′E)，年平均气温18.4 ℃，无霜期281 d，年均降雨量1 475.5 mm，但分布不均，大部分降雨集中在3—6月，7、8月份干旱较严重。试验地土壤理化性质为碱解氮71.16 mg/kg，有效磷53.7 mg/kg，速效钾84.71 mg/kg，有机质18.15 g/kg，pH值4.5。

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计 试验采用“3414”不完全正交回归设计，设计氮、磷、钾三因素四水平14个处理，随机排列(表1)，每个处理10株，3次重复。供试用商品化肥为尿素(N质量分数为46%)，钙镁磷肥(P2O5质量分数为12%)和氯化钾(K2O质量分数为60%)。施肥分2次进行，分别在4月中旬施总施肥量的2/3，8月中旬追施1/3的肥，采用每株沟施进行施肥。

表1 施肥处理的试验设计

1.2.2 试验设计指标测定 2014年 9 月中旬的一晴天，每处理各选取3株生长条件、受光一致的龙脑樟叶片，用德国 PAM-2500 叶绿素荧光仪对龙脑樟叶片进行叶绿素荧光参数测定。测定方法参照陈周琴[32]的方法，测定龙脑樟叶片的初始荧光(Fo)、最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv=Fm-Fo)，PSII的最大量子产量(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、光化学猝灭系数(qP)、非光化学猝灭系数(NPQ)等参数和快速光响应曲线。数据取其结果的平均值。

1.3 数据分析

使用Microsoft Excel 2010对试验数据进行统计；采用SPSS17.0进行方差分析；利用Origin 8.0进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对龙脑樟快速光响应曲线的影响

图1 不同施肥处理对龙脑樟快速光响应曲线的影响Fig.1 Effects of different fertilization treatments on rapid light curves in C. camphora leaves

由图1 的快速光响应曲线可知，在施不同量的氮磷钾肥的情况下，龙脑樟的光合电子传递速率(ETR)先随着光合辐射(PAR)强度的增加而增加，而到一定光强后趋于稳定。在氮磷钾肥各处理中N0、P0、K0处理的光合电子传递速率(ETR)和初始斜率(α)最小，其它处理均高于N0、P0、K0处理，说明施氮磷钾肥可以提高龙脑樟的光合速率。且N2、P2、K2处理的光合电子传递速率(ETR)最大，初始斜率(α)也最大，说明N2P2K2处理下龙脑樟的光合速率最大，光化学反应的启动速率也最大。说明施适量的氮磷钾肥可以显著提高龙脑樟的光合速率和光合效能。

2.2 不同施肥处理对龙脑樟叶片光化学猝灭系数(qP)的影响

由图2可知，在施不同量的氮磷钾肥的情况下，随着光合有效辐射(PAR)的增加龙脑樟叶片的qP反而下降。而在相同PAR情况下，N2P2K2处理下的qP最大，反映了在该处理下龙脑樟叶片的光合活性最高。说明施加不足或过量的氮磷钾肥会抑制龙脑樟叶片的光合活性，降低龙脑樟的光能有效利用率，对龙脑樟产生胁迫。

图2 不同施肥处理对龙脑樟叶片qP的影响Fig.2 Effects of different fertilization treatments on qP in C. camphora leaves

图3 不同施肥处理对龙脑樟叶片NPQ的影响Fig.3 Effects of different fertilization treatments on NPQ in C. camphora leaves

2.3 不同施肥处理对龙脑樟叶片非光化学猝灭系数(NPQ)的影响

从图3可以看出，在施不同量的氮磷钾肥的情况下，龙脑樟叶片非光化学猝灭系数(NPQ)与光化学猝灭系数(qP)相反，随着光合有效辐射(PAR)的增加而增加。而在相同PAR情况下，N2P2K2处理下的NPQ最小，反映了在该处理下龙脑樟耗散吸收的光能更少，保护PSII的能力更强。说明施加适量的氮磷钾肥可以减少叶片光能的耗散，提高光能有效利用率，有利于龙脑樟的生长。

2.4 不同施肥处理对龙脑樟叶绿素荧光参数的影响

由表2可知，施不同量的氮磷钾肥后龙脑樟的叶片荧光参数发生了显著变化。在施不同氮磷钾肥情况下，龙脑樟叶片的初始荧光(Fo)均随着施肥量的增加先下降后增加，在N2P2K2处理为1.188，均小于其他处理且差异显著(P<0.05)；而龙脑樟叶片的最大荧光(Fm)、Fv/Fm、Fv/Fo则均随着施肥量的增加先增加后下降，在N2P2K2处理达到最大值，分别为6.052、0.804、和4.097，且均与其他处理差异显著(P<0.05)，反映了在该处理下龙脑樟潜在的光合能力和光化学活性更高，光抑制更小。说明施加适量的氮磷钾肥可以提高龙脑樟的潜在光合能力和光化学活性，降低光抑制程度，使其获得较高的光合效率和光合潜能。

表2 不同施肥处理对龙脑樟的叶绿素荧光参数的影响

数字后面不同小写字母表示在0.05水平差异显著

Different letters behind the digital is to indicate significant difference at 0.05 level

3 结论与讨论

叶绿素荧光是光合作用的有效探针，是光合作用研究的重要手段之一，同时叶绿素荧光变化对环境影响较为敏感，可以很好的反应环境对植物光合作用的影响[33]。叶绿素荧光的快速光响应曲线可以反映植物光能的利用效率、耐受强光的能力和光抑制的程度[34]。本试验研究了不同氮磷钾施肥量对龙脑樟叶绿素荧光的影响，结果表明，在施不同量的氮磷钾肥的情况下，龙脑樟的光合电子传递速率(ETR)先随着光合辐射(PAR)强度的增加而增加，而到一定光强后趋于稳定。在氮磷钾肥各处理中N0、P0、K0处理的光合电子传递速率(ETR)和初始斜率(α)最小，其它处理均高于N0、P0、K0处理，说明施氮磷钾肥可以提高龙脑樟的光合速率。且N2、P2、K2处理的光合电子传递速率(ETR)最大，初始斜率(α)也最大，说明N2P2K2处理下龙脑樟的光合速率最大，光化学反应的启动速率也最大。说明施适量的氮磷钾肥可以显著提高龙脑樟的光合速率和光能利用效率。

光化学猝灭系数(qP)反映了植物光合活性的高低[35]，而非光化学猝灭系数(NPQ)则反映了植物耗散叶片所吸收的光能的能力[36]。qP的值愈大，说明植物的光合活性越高。在本试验中，在施不同量的氮磷钾肥的情况下，随着光合有效辐射(PAR)的增加龙脑樟叶片的qP反而下降，说明施加不足或过量的氮磷钾肥会抑制龙脑樟叶片的光合活性，降低龙脑樟的光能有效利用率；而龙脑樟叶片非光化学猝灭系数(NPQ)与其相反，随着光合有效辐射(PAR)的增加而增加，说明施加适量的氮磷钾肥可以减少叶片光能的耗散，提高光能有效利用率。施不同氮磷钾肥后龙脑樟的叶片荧光参数发生了显著变化。龙脑樟叶片的初始荧光(Fo)均随着施肥量的增加先下降后增加，在N2P2K2处理为1.188；而龙脑樟叶片的最大荧光(Fm)、Fv/Fm、Fv/Fo则均随着施肥量的增加先增加后下降，在N2P2K2处理达到最大值，分别为6.052、0.804、和4.097，反映了在该处理下龙脑樟潜在的光合能力和光化学活性更高，光抑制更小。说明施加适量的氮磷钾肥可以提高龙脑樟的潜在光合能力和光化学活性，降低光抑制程度，使其获得较高的光合效率和光合潜能。

许多研究者在植物的叶绿素荧光方面都做了很多的研究，并且都取得了不错的成果。其中徐伟洲等[37]对甜高粱(SorghumbicolorL.)施加生物有机液体混合肥的研究发现施加适宜浓度的生物有机液体肥可显著提高甜高粱幼苗叶片的Fv/Fm、ФPSII、qP和ETR，能提高叶片PSII 光化学效率和光合电子传递速率，降低了叶片的NPQ和非辐射性热能量耗散。朱荣等[38]研究表明适量施氮肥可以缓解高温对春小麦(TriticumaestivumL.)的胁迫，提高其叶片的Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm以及光合电子传递速率。张珍明等[39]研究表明施生物肥、有机肥和混合肥均可提高青钱柳(Cyclocaryapaliurus)叶片的Fo、Fm、Fv/Fm、Y(II)和qP的值。汪本福等[40]的研究表明施氮会降低了水稻(OryzasativaL.)叶片的Fo和NPQ，但提高了其Fv/Fo、ФPSII以及叶片的光能转化效率。牛富荣等[41]的研究表明施肥可以提高白羊草(Bothriochloaischaemum)叶片的Fv/Fm、ФPSII、qP和ETR值。王慧等[42]的研究表明在常规施肥基础上施加肥料添加剂降低了甘薯(Dioscoreaesculenta(Lour.) Burkill)叶绿素荧光参数Fo、Fo/Fm、DIo/RC的值，但提高了叶片Fv/Fm、Fv/Fo、TRo/RC、ETo/RC、φEo、φPo、Ψo和PIabs的值。汪顺义等[43]的研究结果表明在薯块膨大期，氮钾肥的配施可以提高甘薯叶片的SPAD、Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP和ΦCO2的值。林郑和等[44]的研究表明低氮条件提高了油茶(Camelliaoleifera)叶绿素荧光参数Fo、Y(NPQ)、Y(NO)及NPQ的值，而降低了Fm、Fv/Fm、qP、qL和Y(II)的值。陈曦等[45]通过研究氮素用量及春季灌溉对冬小麦光合特性及产量的影响表明增加氮素可以显著提高冬小麦的Fv/Fm，且延长冬小麦旗叶的RSP和PAD。金微微等[46]的研究发现发现盐碱互作胁迫对高丹草(Sorghumbicolor×S.sudanense)叶片的叶绿素荧光参数有显著影响，Fm、Fv/Fm、qP均随盐碱浓度的增加而下降，而NPQ则先增加后降低。姚春娟等[47]的研究发现随着氮磷钾肥施肥量的增加，掌叶覆盆子(Rubuschingii)的叶绿素荧光参数Fv/Fm、ΦpsⅡ、NPQ、qP的值也增加。本试验结果表明，合理的施加氮磷钾肥，龙脑樟叶片ETR、qP、Fm、Fv/Fm、Fv/Fo的值保持在较高的水平，在对龙脑樟的施肥处理中经分析N2P2K2是最有利于龙脑樟生长的。