全 文 ：收稿日期:2013 － 05 － 09 修回日期:2013 － 08 － 10
基金项目:国家自然科学基金资助项目(31100325) ;浙江省自然科学基金资助项目(Y3110200，Y5110226) ;浙江省教育厅科学基金资助项
目(Y201017730)。
作者简介:蒋红宝(1992 －) ，女，本科生，从事恢复生态学研究。通讯作者伊力塔(1980 －) ，男，副教授，从事森林生态学研究。E-mail:yilita
@ 126． com。
模拟酸雨对细叶青冈幼苗叶片
叶绿素荧光参数的影响
蒋红宝1，伊力塔1，2，刘美华1，2，俞 飞1，2，余树全1，2，殷秀敏3
( 1．浙江农林大学林业与生物技术学院，浙江 临安 311300; 2．亚热带森林培育国家重点实验室培育基地，
浙江 临安 311300; 3．杭州之江园林绿化艺术有限公司，浙江 杭州 310053)
摘要:采用受控试验和模拟酸雨试验，研究不同酸雨浓度处理下(pH值分别为 2．5、4．0、5．6)细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光
参数的差异。结果表明:在不同酸雨浓度处理下，细叶青冈幼苗叶片叶绿素光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(Fv /Fm)、
PSⅡ潜在光化学活性(Fv /Fo)等叶绿素荧光参数变化趋势较为一致，均随着酸雨浓度增加而升高，在重度酸雨(pH 2．5)条
件下达到最大值;随着处理时间延长，各处理的光化学量子产额(Yield)也呈现相同的变化趋势。酸雨浓度增加并没有对细
叶青冈幼苗叶片的光系统活性造成损伤，反而推动其光合电子传递，增加光能利用效率，促进光合作用，表明细叶青冈对酸
雨有较强的适应能力。
关键词:模拟酸雨;叶绿素荧光;细叶青冈
中图分类号:Q945．78 文献标识码:A 文章编号:1001 － 389X(2013)04 － 0316 － 06
Effects of simulated acid rain on chlorophyll fluorescence
parameters of Cyclobalanopsis myrsinaefolia
JIANG Hong-bao1，YI Li-ta1，2，LIU Mei-hua1，2，YU Fei1，2，YU Shu-quan1，2，YIN Xiu-min3
(1． School of Forestry and Biotechnology，Zhejiang Agriculture and Forestry University，Linan，Zhejiang 311300，China;
2． Nurturing Station for State Key Laboratory of Subtropical Silviculture，Linan，Zhejiang 311300，China;
3． Hangzhou Zhijiang Landscape Art Company Limited，Hangzhou，Zhejiang 310053，China)
Abstract:The controlled experiment and simulated acid rain stress were conducted to investigate the difference in chlorophyll
fluorescence parameters of Cyclobalanopsis myrsinaefolia seedlings，a common arbor plant widely distributed in subtropical aras of
China，in different concentrations (pH values were 2．5，4．0，5．6，respectively)． The results showed that after 2 years of simulated
acid rain stress (pH 2．5，4．0，5．6) ，the maximal photochemical activity of photosystem Ⅱ (Fv /Fm) ，the potential photochemical
activity of PSⅡ (Fv /Fo) ，and the photochemical quantum yield of photosystemⅡ (Yield)increased with decreasing pH value．
The maximum value appeared under the condition of pH 2．5． The activity of optical system of C． myrsinaefolia was not damaged by
acid rain stress，instead，it was promoted． It suggests that C． myrsinaefolia has high adaptability under acid rain stress．
Key words:simulated acid rain;chlorophyll fluorescence;Cyclobalanopsis myrsinaefolia
随着全球降水格局变化，大气 CO2 浓度升高以及臭氧层变薄引起的紫外线辐射增加等诸多全球变化
日趋严重，影响着植物的生理生态过程，植物正面临着愈来愈严重的逆境威胁［1］。而其中酸雨危害已成
为当今世界上备受关注的重大环境问题之一［2］，近年来相关研究表明，酸雨胁迫可导致土壤酸化［3］、植物
叶绿素含量降低、叶绿素荧光特性改变、植物叶片膜通透性增大等［4 － 8］，从而影响对人类和整个生物界都
具有重要意义的光合作用。浙江省作为酸雨重灾区，预计其酸雨分布范围从 1990 年到 2030 年将不断扩
大，危害程度不断加重［9］，故在深入了解酸雨对植物作用机制的同时更需要探求植物对酸雨的响应机制，
这对于科学评价酸雨对植被的影响、制定植被恢复措施具有重要意义。
目前，国内有关酸雨胁迫对植物影响的研究已有报道，如对秃瓣杜英(Elaeocarpus glabripetalus)［10］、樟
福建林学院学报 2013，33(4) :316 － 321 第 33 卷 第 4 期
Journal of Fujian College of Forestry 2013 年 10 月
DOI:10.13324/j.cnki.jfcf.2013.04.013
树(Cinnamomum camphora)［11］、苦槠(Castanopsis sclerophylla)［12］等。亚热带典型优势种群细叶青冈
(Cyclobalanopsis myrsinaefolia)为常绿乔木，属壳斗科(Fagaceae)青冈属(Cyclobalanopsis) ，主要分布于北半
球的亚热带，是该地区主要的组成树种之一［13］，因气候变化会导致其叶片中所含叶绿素和花青素比值的
改变，使其叶片颜色随之变化，又称“气象树”。虽现已有对青冈受酸雨胁迫响应的研究报道［14］，但缺少时
间序列上的持续研究，且叶绿素荧光参数指标也不够全面。因此，笔者以细叶青冈为研究对象，利用叶绿
素荧光［15 － 16］动力学技术为手段，探究酸雨区细叶青冈的适应能力。
1 材料与方法
1．1 试验地概况
试验地设于浙江农林大学苗圃，北纬 30°14，东经 119°42。该试验地属中亚热带季风气候区，年平均
日照时间 1 847．3 h，年平均降水量 1 613．9 mm，年平均气温 16．4 ℃，1 月平均气温3．8 ℃，7 月平均气温
28．6 ℃，极端最高气温 40．4 ℃，极端最低气温 － 9．2 ℃，年无霜期 250 d左右，土壤为黄壤。
1．2 试验材料
选择自然条件下 2 年生同种源实生，地径(2．56 ± 0． 02)cm、苗高(35． 67 ± 0． 71)cm、冠幅(22． 16 ±
0．32)cm ×(23．93 ± 0．53 )cm的生长基本一致的健康细叶青冈幼苗。
1．3 试验方法
试验共设 3 个模拟酸雨淋溶处理，即重度酸雨(pH 2．5)、中度酸雨(pH 4．0)和对照(CK，pH 5．6) ，每
个处理各选 20 盆健康植株，用黄壤土盆栽于控根内径 22 cm、深 27 cm花盆中。根据浙江省酸性降水中的
平均离子组成及模拟酸雨试验中常采用的配比，按 V(H2SO4)∶ V(HNO3)= 8∶ 1 的比例配制母液，用水稀
释成 pH值分别为 2．5、4．0 和 5．6 的酸雨溶液，试验期间不施肥，仅去除杂草。根据浙江省临安市多年月
平均降水量，每天每盆植物喷淋约 130 mL酸雨溶液，期间适当补水。试验处理从 2010 年 3 月开始，喷施
期间无自然降雨，2010 年 6 月至 2011 年 9 月记录测量数据。
1．4 测定指标
采用便携式调制叶绿素荧光仪 PAM －2100(Walz，德国)测定细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光各参数。
分别于 2010 年 6 月、2010 年 11 月、2011 年 4 月和 2011 年 9 月选择晴天的 9:00 － 11:00，在大棚中从不同
酸浓度处理组中随机各选取细叶青冈幼苗 5 株，每株选取植株中上部受光一致的成熟叶 5 片进行测定，并
对选定的叶片分别挂牌标识。测定初始荧光(the minimal fluorescence，Fo)、最大荧光产量(the maximal
fluorescence，Fm)、叶绿素光系统Ⅱ(photosystemⅡ，PSⅡ)最大光化学效率(the maximal photochemical
activity of photosystemⅡ，Fv /Fm)和经过 20 min 暗适应后的 PSⅡ潜在光化学活性(the potential
photochemical activity of photosystemⅡ，Fv /Fo) ，以及光化学猝灭系数(the photochemical quenching
coefficient，qP)、非光化学猝灭系数(non-photochemical quenching coefficient，qN)和光化学量子产额(the
photochemical quantum yield of photosystemⅡ，Yield)等叶绿素荧光参数。计算公式如下
Fv /Fm =(Fm － Fo)/Fm (1)
Fv /Fo =(Fm － Fo)/Fo (2)
qP =(Fm － F t)/(Fm － Fo ) (3)
qN = 1 －(Fm － Fo )/(Fm － Fo) (4)
Yield =(Fm － F t)/Fm (5)
1．5 数据处理
数据采用单因素方差分析和最小显著差异法比较不同数据组间的差异，用多因素方差分析法分析酸
雨浓度与处理时间的交互作用对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响，显著性水平设定为 α = 0．05，
并在数据分析前对所有数据进行正态性与齐性检验。
·713·第 4 期 蒋红宝等:模拟酸雨对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响
2 结果与分析
2．1 暗适应下的叶绿素荧光参数
在暗适应条件下，酸雨对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光特性的影响与酸雨浓度、处理时间均有关
(图 1)。在不同浓度酸雨处理下，首先，Fo 和 Fm 的变化趋势基本一致:处理前期(为便于说明将 2010 年 6
月至 2010 年 11 月称前期，2011 年 4 月至 2011 年 9 月为后期) ，重度酸雨组 Fo 和 Fm 增加，2010 年 11 月，
重度酸雨组显著大于中度酸雨和 CK 组，后期逐渐适应并恢复至 CK 组水平，各处理组间差异均不显著
(P ＞ 0．05) ;随时间变化，重度酸雨组 Fo 和 Fm 先增加后减少，后期趋于稳定，中度酸雨组及 CK 组先增加
后趋于稳定。说明长期的重度酸雨处理下使得细叶青冈幼苗对其产生了适应性。其次，Fv /Fm 和 Fo /Fm
的变化基本相同，随着处理时间延长，重度酸雨和中度酸雨组均先略减少后增加，CK组 Fv /Fm /和Fv /Fo基
本不变，后期增加，各处理组间基本无显著性差异(P ＞ 0． 05) ，说明细叶青冈幼苗对酸雨胁迫具有较强的
适应能力。
注:不同字母表示差异达 0．05 显著水平。
图 1 不同浓度的酸雨处理对细叶青冈幼苗叶片 Fo、Fm、Fv /Fm 和 Fv /Fo 的影响
Figure 1 Effects of acid rain on Fo，Fm，Fv /Fm and Fv /Fo of C． myrsinaefolia seedlings
·813· 福 建 林 学 院 学 报 第 33 卷
2．2 光适应下的叶绿素荧光参数
在相同浓度酸雨处理下，随处理时间延长，细叶青冈幼苗叶片 qP 与 qN 的变化趋势大致相反(图 2) :
中度酸雨组 qP 随处理时间从 2010 年 6 月至 2011 年 4 月先增加后减少，重度酸雨与对照组 qP 变化并不显
著，但到 2011 年 9 月各处理组均有明显增加，且 CK ＜中度酸雨 ＜重度酸雨;各处理组 qN 随处理时间延长
先减少后增加，到 2011 年 9 月再次减少，且 CK ＞中度酸雨 ＞重度酸雨。可见，重度酸雨处理下细叶青冈
幼苗叶片光量子转换成化学能的效率较高，表明重度酸雨与中度酸雨、CK组相比，叶片中的激发能更多地
被分配到光合作用而不是热耗散。Yield在不同浓度酸雨处理下，随着酸雨处理时间延长先逐渐减少后明
显增加，各处理组变化呈现 CK ＜中度酸雨 ＜重度酸雨的趋势，说明酸雨处理能一定程度增加细叶青冈幼
苗叶片光化学量子产额，增加光化学反应效率。
图 2 不同浓度的酸雨处理对细叶青冈幼苗叶片 qP、qN 和 Yield的影响
Figure 2 Effects of acid rain stress on qP，qN and Yield of C． myrsinaefolia
2．3 不同浓度的酸雨处理与处理时间的交互作用
不同浓度的酸雨处理对细叶青冈幼苗叶片的 Fo、Fm、Fv /Fo、Fv /Fm、q
P 以及 Yield 影响并不显著
(表 1) ，仅对 qN 影响显著。而处理时间除了对细叶青冈幼苗叶片的 Fo 无显著影响外，对 Fm、Fv /Fo、Fv /
Fm、q
P、qN 及 Yield均有显著影响，可见，处理时间对细叶青冈幼苗叶片荧光特性的影响大于酸雨浓度对其
的影响。此外，酸雨浓度和处理时间的交互作用对细叶青冈幼苗叶片的 Fv /Fo、Fv /Fm、q
N 有显著影响，而
对 Fo、Fm、q
P 及 Yield影响不显著。因此，检测 Fv /Fo、Fv /Fm、q
N 的变化能较好地反映两者对细叶青冈幼
·913·第 4 期 蒋红宝等:模拟酸雨对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响
苗叶片的影响。
表 1 酸雨浓度、处理时间及其交互作用对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光参数的多因素方差分析
Table 1 Multivariate analysis of variance for the effects of acid rain (pH) ，time，and their interactions
(pH × time)on the variables of C． myrsinaefolia
参数
pH
方差齐性 统计显著性
时间
方差齐性 统计显著性
pH ×时间
方差齐性 统计显著性
Fo 0．802 2．004 55．990 16．860 0．969 2．052
Fm 1．706 0．189 75．480 0．000 1．740 0．088
Fv /Fm 0．142 0．174 0．000 0．000 0．040 0．000
Fv /Fo 2．004 0．142 16．860 0．000 2．052 0．040
qP 0．148 0．862 5．890 0．000 0．778 0．649
qN 8．731 0．000 18．290 0．000 14．410 0．000
Yield 1．458 0．239 29．820 0．000 1．384 0．205
3 结论与讨论
Fo 是 PSⅡ反应中心处于完全开放时的荧光产量，它与叶片叶绿素浓度有关，Fm 是 PSⅡ反应中心处
于完全关闭时的荧光产量，可反映通过 PSⅡ的电子传递情况。本研究中，Fo 与 Fm 在 2010 年 11 月为重度
酸雨组大于中度酸雨和 CK组，可能是由于酸雨中酸性物质积累到一定量后，植物吸收 NO －3 ，与细胞表面
的 HCO －3 进行交换，HCO
－
3 进入溶液，与 H
+结合产生了 CO2，从而增大碳反应速率，促进了光合作用。
Fv /Fo 表示从 chl a /b蛋白复合体 LHCP到 PSⅡ的光能传递效率，其值与有活性的反应中心的数量成正比
关系［17］。Fv /Fm 反映了植物叶片 PSⅡ原初光能转化效率，即植物潜在的最大光合能力，许多研究表明，
Fv /Fm 与植物的生长状态呈现高度的正相关
［18］。Fv /Fm 及 Fv /Fo 变化趋势一致，但 Fv /Fm 变化更为显
著，如重度酸雨处理组中 Fv /Fm 从开始到最后一次测量的增量为 0．050 215，Fv /Fo 的增量为 0．628 884。
表明酸雨对细叶青冈幼苗叶片的影响主要体现在对其 PSⅡ活性的影响上，这可能是由于酸雨处理后增加
了有活性的反应中心的数量。qP 的大小反映 PSⅡ原初电子受体 QA的氧化还原状态和 PSⅡ开放中心的
数目，其值越大，说明 PSⅡ具有越高的电子传递活性［19］。qN 的大小反映了 PSⅡ反应中心对天然色素吸
收过量光能后的热耗散能力及光合机构的损伤程度［20］。qP、qN 变化趋势反映了酸雨使得叶青冈幼苗叶片
PSⅡ开放中心的数目增加，且使其激发能更多地被分配到光合作用而不是热耗散，这可能是由于重度酸
雨增强了细叶青冈幼苗体内的酸度，使得溶液中的 HCO －3 转变成 CO2，增加了 CO2 浓度，促进了光合作
用。Yield反映了 PSⅡ反应中心在环境胁迫下的实际原初光能捕获效率，是实际的 PSⅡ反应中心进行光
化学反应的效率，同一处理时间下，Yield值始终是重度酸雨组最大，可见酸雨对细叶青冈幼苗叶片的光合
作用有一定的促进作用。
通过多元方差分析可知，经过 2 a的处理，酸雨对细叶青冈叶幼苗叶片绿素荧光特性的影响不显著，
酸雨浓度和处理时间的交互作用对细叶青冈荧光特性的影响也相对不显著，而酸雨处理时间这一因素对
其叶绿素荧光特性影响却十分显著。这说明酸雨处理时间的延长使得细叶青冈幼苗叶片逐渐对酸雨产生
了适应性，并在一定程度上促进了其光合作用。比较表 1 可得在各项叶绿素荧光参数指标中 Fv /Fo、
Fv /Fm及 q
N 在各处理组中的差异更为显著，能更好地反映酸雨对细叶青冈幼苗叶片的影响。由本试验可
得亚热带常见树种细叶青冈幼苗叶片对酸雨胁迫具有较强的适应性，可为进一步开展亚热带森林生态系
统对酸沉降的响应研究提供基础，为细叶青冈在亚热带的种植及亚热带地区植被构建中恢复树种的选择
提供参考依据。由本试验可得亚热带常见树种细叶青冈幼苗叶片对酸雨胁迫具有较强的适应性，可为细
叶青冈在亚热带的种植提供一定依据，为进一步开展亚热带森林生态系统对酸沉降的响应研究提供基础，
也为亚热带地区植被构建中恢复树种的选择提供参考依据。
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( 责任编辑: 江 英)
·123·第 4 期 蒋红宝等:模拟酸雨对细叶青冈幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响