全 文 ：第 27卷　第 4期 　　　　　　　　　　　　　　　西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　 Vo.l 27　No. 4
　 2007年 8月 　　　　　　　　　　　 JOURNAL OF SOUTHWEST FORESTRY COLLEGE　　　　　 Aug. 2007　
*　收稿日期:2006 - 10 - 12
基金项目:中南林学院青年基金重点项目(0185)资助;博士启动基金(0104)项目资助.
作者简介:廖飞勇(1973 -), 男 ,湖南安化人 ,博士 ,副教授 ,主要从事园林植物与园林生态学研究.
含氧 2%空气短时抑制光呼吸对榉树光系统性状的影响*
廖飞勇
(中南林业科技大学环境艺术设计学院 ,湖南长沙 410004)
摘要:用叶绿素荧光技术和叶红外 820 nm吸收技术测定了短时含氧 2%空气环境对榉树 PSⅡ
和 PSⅠ的影响 ,结果表明:用含氧 2%的空气短时抑制榉树光呼吸后 ,引起光系统结构和功能 、
光系统活性及电子流向发生变化 , PSⅡ原初光能转换效率 、潜在活性 、F t 、ETR下降 , qP , qN均
升高 , PSⅠ原初光能转换效率和潜在活性下降.
关键词:叶绿素荧光;2%O 2;光系统;榉树
中图分类号:Q945.11　　文献标识码:A　　文章编号:1003 - 7179(2007)04 -0001 -03
　　叶绿素荧光技术和叶红外 820 nm吸收技术
是最近新发展起来的无损伤探测技术 [ 1 - 3] ,它们
不仅对植物无损伤 ,而且测定迅速 、准确 ,因而越
来越受到科研工作者的重视.近年来 ,由于人口增
加和环境的日益恶化 ,人们对于光合作用中的光
合电子传递给予了很大的关注 ,希望通过提高光
能利用率来解决能源和粮食问题. 榉树为国家二
级保护植物 ,生长缓慢 ,如能通过人工手段提高其
光能利用率 ,加快其生长 ,对于缓解我国家具市场
木材的需求具有很大的意义 ,也可创造巨大的经
济效益.笔者采用无损伤的叶绿素荧光技术和叶
红外 820 nm吸收技术对用含氧 2%空气处理 30
m in后的榉树叶绿素荧光和光系统 Ⅰ的变化进行
了测定 ,以了解短时抑制光合后光合电子流向的
变化 ,为探讨改变光合电子流向和提高光能利用
效率的途径提供依据.
1　材料与方法
1. 1　苗木
3年生榉树 (Zelkova schneideriana)生长于高
45 cm ,直径 35 cm ,装满腐殖土的大塑料桶中. 叶
片生长在正常大气环境中.
1. 2　测定环境
1组为正常空气;1组为含氧 2%的空气 ,对照
和处理各 5株 ,取 5株树 5次测定的平均值.叶片暗
适应前将其置于不同测定环境 ,直到测定结束.
1. 3　测定方法
叶绿素荧光用德国WALZ生产的便携式叶绿
素荧光仪 PAM - 2000测定 ,数据用 DA - 2000软
件处理.用 Sharkey的方法进行分析[ 4] . 测定的主
要参数有:Fo:固定荧光;Fm :最大荧光产量;F v =
Fm - Fo:可变荧光;F t:时间 t时的荧光产量;
Fv /Fm :PSⅡ最大光化学量子产量 ,或称最大 PSⅡ
的光能转换效率;ETR:表观光合电子传递速率;
qP:光化学荧光猝灭;qN :非光化学荧光猝灭. 所有
参数在叶片继续暗适应 30m in后测得.
用叶红外 820 nm吸收测定仪测定 PSⅠ的活
性 ,仪器按 Harbinson的方法装配 [ 2] , 用小型台式
记录仪记录信号的变化. Iv /Im 代表 PSⅠ的光能转
换效率;Iv /Io 代表 PSⅠ的潜在活性;Im /Lo 代表
PSⅠ启动速率[ 5] .
2　试验结果
2. 1　Fo , Fv /Fm , Fv /F o的变化
含氧 2%空气下 Fo ,Fv /Fm ,Fv /Fo的变化见表 1.
表 1　含氧 2%的空气对 F
o
, F
v
/F
m
, F
v
/F
o
的影响
测定环境 Fo F v /Fm F v /Fo
对照 0.208 0±0.008 7 0.831 0±0.006 0 4.914 0±0.049
含氧 2%的空气 0.233 0±0.004 4 0.814 0±0.002 0 4.369 0±0. 0459
　　表 1表明:叶片置于含氧 2%的空气环境下引
起 Fo的升高 ,引起 F v /Fm , Fv /Fo 的下降 ,经 t检
验 ,对照和含试验组间的差异达到显著水平 , Fo
[ t=0.999 8 > t0.05 (8) =0.684] , Fv /Fm [ t =
11.909 2>t0. 05(8)=0.684] , Fv /Fo [ t=1.625 2>
t0. 05(8)=0.684] . Fo代表了色素所吸收的光能中
不参与光化学反应的能量 ,它的升高说明色素吸
收的能量中流向光化学的部分减少 ,以热和荧光
形式存在的能量增加. Fv /Fm 代表 PSⅡ的原初光
能转换效率 ,它的下降说明含氧 2%的空气引起了
PSⅡ原初光能转换效率的下降;Fv /Fo代表了PSⅡ
的潜在活性 ,它的下降说明含氧 2%的空气中PSⅡ
潜在活性的下降.
2. 2　F t , ETR , qp和 qN的变化
含氧 2%空气测定条件下 F t , ETR , qP 和 qN 的
变化见图 1 ～ 4.
　　图 1 ～ 4表明:含氧 2%空气环境引起叶片荧
光产量 F t的明显下降 ,而 ETR略有下降 , qP 几乎
不变 , qN有明显上升.
测定光强为 350 μmo l光子 /m2 s1时 ,不同测
定环境下 F t , ETR均下降 ,而 qP , qN均升高(表 2),
经 t检验 ,表 2中对照和处理的差异达显著水平 ,
F t [ t=67.909 2 >t0.05 (8) =0.684] , ETR [ t =
12.342 8>t0. 05(8)=0.684] , qP [ t=15.421 7>t0.05
(8)=0.684] , qN [ t=6.414 5>t0. 05(8)=0.684] .
表 2　光强为 350μm ol光子 /m2 s1时叶绿素荧光参数的变化
F t ETR qP qN
对照 0. 748 9±0. 004 1 0. 862 0±0. 007 3 1. 004 7±0. 008 7 1. 104 7±0. 039 8
含氧 2%的空气 0. 945 6±0. 005 1 0. 948 5±0. 012 6 0. 704 7±0. 039 4 0. 959 4±0. 018 5
　　叶绿素吸收光能以后能量以 3种形式耗散 ,
即光化学 、热和荧光. 这 3种形式对应的参数分别
是 qP , qN , F t. 2%O 2环境下 F t的下降和 qP , qN 的
增加说明叶片在光呼吸受到抑制时 ,以荧光形式
耗散的能量减少 ,而用于光化学和以热形式耗散
的能量增加.
2. 3　PSⅠ性状的变化
2%O 2环境下 PSⅠ性状的变化见表 3.
2 西　南　林　学　院　学　报　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　第 27卷
表 3　光系统中 I
o
, I
v
/I
m
, I
v
/I
o
的变化
Iv /Io Iv /Im Im /Lo
对照 0. 416 0±0.004 3 0.293 8±0. 007 2 33.700 0±4.846 4
含氧 2%的空气 0. 300 0±0.007 6 0.230 8±0. 005 2 23.640 0±3.146 7
表 3表明:叶片在含氧 2%的空气环境下 Iv /Io ,
Iv /Im , Im /Lo均明显下降 ,经 t检验 ,处理和对照的
Iv /Io , Iv /Im , Im /Lo 差异达显著水平 , Iv /Io [ t =
28.056 0>t0.05(8) =0.684] , Iv /Im [ t =15.662 9>
t0.05(8)=0.684] , Im /Lo [ t =15.432 8>t0.05(8) =
0.684] ,这说明在含氧 2%的空气环境下 PSⅠ的光
能转换效率和潜在活性均下降.
3　结论与讨论
(1)短时含氧 2%的空气抑制榉树的光呼吸后
对光系统Ⅰ和光系统Ⅱ产生较大的影响 ,引起光系统Ⅰ
和光系统Ⅱ潜在活性和光能转换效率下降[ 5] .
(2)短时 2%O2抑制榉树光呼吸后 ,叶绿素
荧光参数发生变化 , F t 明显下降 , ETR略有下降 ,
qP 增加很小 , qN 明显上升 ,表明光呼吸被抑制后
光合电子传递方向发生变化 ,以荧光耗散的能量
减少 ,而以热耗散的能量增加 ,但是通过电子传递
链传递的电子几乎没有改变[ 5] .
(3)在被色素分子捕获的能量不变的情况
下 ,抑制光呼吸后电子流向会发生变化 ,然后 ,能
量耗散的形式只有 3种 ,光化学 、热和荧光[ 3] . 由
于光合速率在短时间几乎不会发生变化 ,所以 ,以
光化学形式耗散的能量增加很小 ,变化的只能是
热和荧光 ,这两种对于光系统来说 ,都是一种保护
机制 ,可以避免过多能量对系统结构的伤害.荧光
由于激发光不变 ,所以变化的程度也不大 ,最后多
余的能量只能以热的形式被耗散 ,表现为非光化
学荧光参数的增加 ,而且增加的程度很大.
(4)植物细胞中光系统结构十分重要 ,当处
于逆境条件时会启动一系列保护机制 [ 6] ,而光呼
吸被抑制时启动的保护机制则是改变电子流向 ,
使更多的能量以热的形式耗散 ,同时使光合有效
电子传递速率保持不变 ,以充分利用能量合成有
机物质 ,以更好的保护系统.
[参　考　文　献 ]
[ 1] 　GOV INGJEE. Six ty - three years since Kautsky:Chlo-
rophy ll a fluorescence [ J] . Aus.t J. P lant Phy sio .l
1995, 22:131 - 160.
[ 2] 　HARB INSON J, WOODWARD FI. The use o f ligh t -
induced abso rbance changes a t 820nm to m on itor the
oxidation state o f P700 in leaves[ J] . P lant, Cell and
Environmen.t 1987, 10:131 - 140.
[ 3] 　 SHARKEY T, BERRY J, SAGE RF. Regu la tion of
photosynthe tic e lec tron - transpo rt in Phaseo lus vu lga ris
L. as de te rm ined by room - temperature chlorophy ll a
fluo rescence[ J] . P lanta, 1988, 176:415 - 424.
[ 4] 　 SHARKEY T, BERRY J, SAGE RF. Regu la tion of
photosynthe tic e lec tron - transpo rt in Phaseolus vu lgaris
L. as de te rm ined by room - temperature chlorophy ll a
fluo rescence[ J] . P lanta, 1988, 176:415 - 424.
[ 5] 　廖飞勇 ,何　平 , 谢　瑛. 低浓度 SO2处理对油桐幼
苗光系统结构和功能的影响 [ J] . 农村生态环境 ,
2004, 20(1):60 -64.
[ 6] 　廖飞勇,何　平.长期低浓度 SO2对油桐保护系统功能
的影响[ J] . 中南林学院学报, 2004, 24(1):14 -17.
Effect of Temporary Photorespiration Inhibition on PS Characteristics
ofZelkova schneideriana by 2%O2 Concentration
LIAO Fei - yong
(C ollege ofE nvironm ent and ArtD esign, C en tral Sou th Un iversity of Forestry Techno logy, Changsha H unan 410004, Ch ina)
Abstract:The e ffec t o f sho rt pe riod of photo respira tion inhibition by 2% O2 air env ironmen t on PS I and
PS II ofZ elkova schneideriana tree speciesw asmeasured by technologies of chlorophy ll fluorescence and lea f ab-
sorbance change o f 820 nm spectrum by the leaves. The resu lts show ed that bo th the PS structure and functions
w ere changed, the ac tiv ities o f PS and e lectron flow ing direc tion inside w ere a ffected by the tempo ra ry photore-
sp iration restriction. The primary photo energy transferring efficiency and po tential activ ities o f bo th PS I and
PS II, F t andETR indices dec reased , whereas qP and qN fluorescence paramete rs increased when air env iron-
men t o f 2% O 2 concentra tion w as applied.
Key words:ch lorophy ll fluorescence;2% of O2;PS;Zelkova schneideriana
3第 4期　　　　　　　　　　　　　廖飞勇:含氧 2%空气短时抑制光呼吸对榉树光系统性状的影响