全 文 ：第 49 卷 第 7 期
2 0 1 3 年 7 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 49，No. 7
Jul．，2 0 1 3
doi: 10．11707 / j．1001-7488．20130723
收稿日期: 2012 － 02 － 01; 修回日期: 2012 － 12 － 06。
基金项目: 国家自然科学基金面上项目(31270680) ; 江苏省“六大高峰人才”资助项目(2011-XCL-018) ;江苏高校优势学科建设工程资助
项目。
* 王平为通讯作者。
酸沉降胁迫对不同家系马尾松幼苗耐酸性的影响*
王水良1 王 平1 许建华2
(1. 南京林业大学化学工程学院 南京 210037; 2. 南京市环境监测中心站 南京 210013)
关键词: 降水酸度; 不同家系; 马尾松; 适酸性能
中图分类号: S118. 43; X517; X503. 235 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2013)07 － 0158 － 05
Assessment of Acid-Tolerant Parameters of Different
Pinus massoniana Families under Acid Deposition Stress
Wang Shuiliang1 Wang Ping1 Xu Jianhua2
(1. School of Chemical Engineering，Nanjing Forestry University Nanjing 210037; 2. Nanjing Environmental Monitoring Center Nanjing 210013)
Abstract: The seedlings of 16 elite Masson pine (Pinus massoniana) families，with stable high-yield，including family
35，38，76，78，79，80，88，89，90，114，115，116，117，119，16，147，and 151，were used to explore the effects of
precipitation acidity on their acid tolerance． The physiological parameters ( biomass， relative plasma membrane
permeability，chlorophyll) of the families cultivated in root-boxes outdoor were measured under treatments by spraying
simulated acid rain at different pH values (2． 5，3． 5，4． 5 and 5． 6) ． The results showed that the biomass and chlorophyll
content decreased with the increase of rain acidity，but the ratios of chlorophyll a / b increased with the increase of rain
acidity． In addition，with the rain acidity increased，the relative plasma membrane permeability of the pine seedlings
increased，suggesting that the injury of cell membrane was enhanced． These parameters varied with different P．
massoniana families． Meanwhile，when rain pH decreased from 5． 6 to 4． 5，these parameters were slightly decline，but a
significant decline was observed from pH 3． 5 to 2． 5，indicating that these pine families had relatively high productivity
under mild acid environment at pH 4． 5 to 5． 6，and suggesting the tree species，Masson pine，would be suitable for being
planted in mild acid soils．
Key words: rain acidity; different families; Pinus massoniana; acid-tolerant parameters
由于我国工业化、城镇化进程日益加快，环境污
染不断加剧，由此引起酸雨频率及强度增加，长期酸
雨侵蚀造成我国大面积土壤酸化。酸沉降影响森林
的生长，主要表现: 1) 抑制植物养分、水分的吸收
和运输; 2) 抑制光合作用; 3) 抑制呼吸作用; 4)
抑制其他代谢。这些抑制作用最终导致植物的萎
黄、褪色、枯死(单运峰，1993; Zhu et al．，2008; 李
振华等，2011)。马尾松(Pinus massoniana)是我国
南方主要造林树种和重要的工业用材树种，适应性
强、生长快(丁贵杰等，2006; 周政贤，2001)，分布
遍及南方 15 个省(区)，分布区内地理环境存在极
大差异。在长期的自然选择和生殖隔离下，马尾松
存在着丰富的种内遗传变异，特别是对南方酸性土
壤环境表现出很强的适应能力(Zeng et al．，2011)。
研究马尾松的耐酸性能，对酸雨生态危害的评价和
林业生态的恢复都具有重要的实践意义。
酸雨侵蚀下，长期土壤酸化造成的根系减少和
分布浅层化，间接导致马尾松对土壤水分和部分养
分元素吸收能力的下降，使树木的生长受到极大地
限制(Vanguelova et al．，2007; Kuang et al．，2010)。
同时，细胞膜是植物与环境之间的界面与屏障，根细
胞质膜相对透性直接反映植物根系细胞内环境的稳
定性及其对外界土壤环境变化的适应与抵御能力，
因此，根细胞质膜相对透性和生物量是衡量树木抗
环境胁迫的重要生理指标(谈建康等，2004; Hirano
et al．，2007)。此外，酸雨还影响叶绿素含量与光合
第 7 期 王水良等: 酸沉降胁迫对不同家系马尾松幼苗耐酸性的影响
作用。叶绿素作为光合色素中重要的色素分子，参
与捕光色素复合体的形成。一般地，叶绿素含量越
高，光合越强，便能制造更多的光合产物，促进树木
进一步生长，高叶绿素含量、低叶绿素 a / b 值是优良
家系具备的重要性状( Liu et al．，2007; Guan et al．，
2011)。
马尾松的遗传变异复杂多样，不同家系对环境
胁迫的响应存在显著差异(吴刚等，1994)。本试验
以南京老山林地土壤为供试土壤，我国 16 种高产稳
定型家系马尾松幼苗为供试植物，采用根箱栽培技
术，研究室内模拟酸雨环境中马尾松各家系部分生
长及生理指标(生物量、质膜相对透性、叶绿素 a 和
b)的变化，筛选适应酸性土壤逆境生长的马尾松优
良家系，这对于开发利用我国南方大面积酸性土壤
资源具有重要意义。
1 材料与方法
1. 1 供试材料 选用南京老山林地土壤为供试土
壤，采集土壤深度 1 ～ 20 cm，用于根箱栽培试验。供
试土壤基本性质: 阳离子交换量 6. 28 mol·kg － 1; 有
机质 43. 8 g·kg － 1; 黏粒 255. 2 g·kg － 1; pH 值(H2O)
6. 06; 有机磷 3. 11 g·kg － 1; 交换态铝 65. 7 mg·kg － 1;
交换态铁 34. 2 g·kg － 1; 交换态钙 1. 41 g·kg － 1; 总铝
3. 78 !4. 23 g·kg － 1。土样风干后过1 mm筛，每千克
土施 N(尿素)0. 2 g、P2O5 (KH2PO4 ) 0. 1 g 和 K2O
(K2SO4) 0. 1 g 做底肥，混匀，陈化 1 周，备用。
本研究供试对象是从全国各地收集的 16 个马
尾松高产稳定型家系，编号分别为 35，38，76，78，
79，80，88，89，90，114，115，116，117，119，147 和 151
(唐效蓉等，2002)。
1. 2 酸雨配制 酸雨导致土壤酸化，不仅取决于降
雨 pH 值，而且雨水中阴阳离子组成对其也有一定
的影响。影响降雨酸度的主导离子有 SO2 －4 ，NO
－
3 ，
NH +4 和 Ca
2 +，模拟酸雨的化学组成应与自然降雨
的化学组分相近。酸雨选用 H2SO4，HNO3 配以 KF，
NaCl，Ca(NO3 ) 2，Mg(NO3 ) 2，(NH4 ) 2 SO4 采用去离
子水逐步稀释法配制，其中 H2SO4 和 HNO3 摩尔比
为 4∶ 1，酸雨 pH 值设 3 个处理: pH4. 5(轻度酸化)、
pH3. 5(中度酸化)和 pH2. 5(严重酸化)，同时配制
pH5. 6 的 溶 液 作 为 对 照，模 拟 酸 雨 离 子 含 量
(μmol·L － 1): K +，8; Na +，21; Ca2 +，33; Mg2 +，5;
NH4
+，44; Cl －，21; F －，8 (吴若菁等，2009; 谢小
赞等，2009)。
1. 3 根箱装置及育苗试验 1) 根箱装置 根箱由
长 400 mm、宽 300 mm 和高 250 mm 透明有机玻璃
材料粘合而成，箱底均匀分布 100 个直径为 5 mm
圆孔。泥土按接近土壤的实际密度充填。设计 4 种
酸梯度，16 个家系共设 384 个试验处理，每处理设
置 6 个重复。参与试验的幼苗共有5 760株。
2) 育苗及酸雨喷淋试验 每个装置中播种露
白马尾松种 15 粒。马尾松生长过程中保持土壤水
分含量约 40%。模拟酸雨的喷淋量、时间以及频率
参照 2010 年 4—7 月南京降水状况实施。种子经清
洗、消毒后，40 ℃温水浸种 24 h，选用健康饱满的种
子为育苗试验用种，然后用湿棉花浸润 5 天装入容
器。播种时间为 2011 年 4 月 20 日，催芽、移苗时间
分别为 2011 年 4 月 29 日、5 月 15 日。移植后的翌
日，检查成活情况并立即补植，保证移植成活率
99. 0%以上。考虑到马尾松幼苗期生长速度较快，
受环境胁迫影响比较明显，测定 100 天苗木生物量
等生长指标能显现酸性环境中马尾松幼苗适酸性能
的差异 (Wang et al．，2012)。培养 100 天后，2011
年 08 月 22 日采集样品，测定各项生长及生理指标。
1. 4 测定方法 1) 生物量指标 根干质量: 采用
烘干称质量法; 株高及根长: 采用直尺测量;一级
侧根数: 每个装置取长势一致的 5 株幼苗，直接计
数从主根生长出来的根长≥ 2 cm 的侧根数。
2) 叶绿素含量 采用分光光度法测定(焦旭亮
等，2007)。取幼苗向阳面的中上部针叶，每家系随
机抽取 15 棵样株，混匀针叶，取 1 g 样品，以丙酮提
取，定容至 100 mL，UV-2401PC 型紫外 － 可见分光
光度仪(日本岛津公司)测量，取值 3 次; 每家系重
复 3 次。
3) 质膜相对透性 采用电导仪法测定。从不
同处理的每个重复中称取鲜根 0. 1 g，剪成长度为
1 cm的小段。用去离子水洗净后，置于 20 mL 带塞
试管中，并加去离子水 10 mL，置于振荡培养箱中振
荡 30 min，用 DDS-11C 数显电导率仪(中国天津市
盛邦电器厂)测定电导率 E1; 然后置沸水浴 10 min，
冷却后测定电导率 E2; 同时测定其背景电导率 E0。
质膜相对透性: P (% ) = (E1 － E0 ) /(E2 － E0 ) ×
100%。膜伤害度按以下公式计算: 膜伤害度 (% ) =
(PT － PCK ) × 100%。式中:PT为处理的相对膜透
性; PCK为对照的相对膜透性。
1. 5 数据处理 应用 Excel 软件、SPSS 11. 5 软件
(One-Way ANOVA)和 OriginPro 7. 5 软件完成数据
处理和图形绘制。图 1 ～ 3 中数据以“均值 ± 标准
差”表示(n = 6)。
2 结果与讨论
2. 1 马尾松家系叶绿素含量差异 酸胁迫条件下
951
林 业 科 学 49 卷
马尾松针叶叶绿素含量的分析结果表明: 1 ) 以
pH5. 6 的模拟降水作为对照，酸雨能降低马尾松针
叶叶绿素含量，升高叶绿素 a / b 值。2) 马尾松家系
间叶绿素 a，b，a + b 以及 a / b 随酸胁迫强度变化存
在差异。降水 pH 值大于 4. 5 的马尾松叶绿素含量
远高于降水 pH 值在 3. 5 以下的马尾松叶绿素含
量。3) 35 号家系抗酸性较强，而 79，114，116 号系
对酸雨较敏感(图 1)。
图 1 酸胁迫条件下马尾松家系叶绿素含量差异
Fig. 1 Chlorophyll contents of the P． massoniana families under acid stress
马尾松针叶是林木的同化器官、有机物质生产
的加工厂、新陈代谢的主要场所，它暴露在空气中并
与空气进行气体交换，当受到酸沉降侵蚀时，植物的
伤害症状最初一般显示在叶片上，酸性污染会通过
营养物质的过滤，叶片胞内 pH、酶活性和膜完整性
的改变影响针叶的新陈代谢，如抑制叶绿素的合成
等。叶绿素含量的减少势必影响光合速率和树木生
长。Guan 等(2011)研究报道马尾松针叶光合作用
能力和酸雨中的 N 含量有关，在污染区，酸沉降增
强，N 含量增大，光合作用会大大减少，马尾松叶绿
素含量也随之降低。Liu 等(2007)研究连续酸雨处
理下的马尾松叶绿素的变化，表明在酸雨侵蚀、光线
较强时，光化学效率、能量转化效率等都会降低。
2. 2 酸胁迫条件下马尾松家系根细胞质膜相对透
性差异 酸沉降胁迫条件下马尾松家系根细胞质膜
相对透性和膜伤害度的变化见图 2。用 pH4. 5 模拟
酸雨处理马尾松幼苗，其根系质膜相对透性较低，比
对照降低 4. 0% ～ 8. 1% ; 用 pH2. 5 模拟酸雨处理马
尾松幼苗，质膜相对透性很高，比对照增加 23. 6% ～
28. 2%。由此说明，低度酸处理马尾松幼苗根系质膜
透性很低，维持膜结构的稳定性，保护细胞膜的完整
性，从而保持较高的细胞活力，增强幼苗的生命力;
而重度酸处理导致质膜的选择性通透屏障被严重破
坏，细胞膜结构受到伤害，根系质膜透性加大，会导致
细胞内电解质渗漏。电导率的变化反映了酸胁迫因
子对马尾松幼苗根细胞质膜伤害的情况。
79，114 和 116 号家系的根细胞质膜相对透性
在强酸度( pH2. 5)处理下较高(49. 1% ～ 49. 6% )，
比其在对照条件下的质膜相对透性增加 27. 9% ～
29. 2%，变异幅度在所有家系中最大。说明这些家
系在酸胁迫条件下根细胞膜结构较易受损。79，114
以及 116 号家系在 4 个酸处理梯度下的质膜相对透
性均较高，反映这 3 个家系根细胞的膜结构较柔弱，
对土壤基质中过量 H + 较敏感，易造成膜的破坏渗
061
第 7 期 王水良等: 酸沉降胁迫对不同家系马尾松幼苗耐酸性的影响
漏，细胞内溶质外漏，相对电导率升高(Kuang et al．， 2006)。
图 2 酸胁迫处理下马尾松家系根细胞质膜透性差异
Fig. 2 Relative permeability of root plasma membrane for the P． massoniana families under acid stress
图 3 酸胁迫条件下马尾松家系生物量的差异
Fig. 3 Biomass for the P． massoniana families under acid stress
2. 3 酸胁迫条件下马尾松家系生物量的差异 酸
胁迫条件下马尾松家系生物量的测定结果见图 3。
35 号马尾松幼苗侧根发达、须根数量多，其干物质
生产能力强。而 79，114 和 116 号家系与对照处理
(pH5. 6)比较，马尾松幼苗根系在遭遇酸逆境时，表
现最为明显的是生长缓慢，根系形态相对矮小，一级
侧根数减少。pH5. 6 ～ 4. 5 酸雨对马尾松幼苗生长
轻度抑制，而 pH2. 5 ～ 3. 5 酸雨梯度则明显抑制，并
且酸雨梯度间不同家系均存在显著性差异。这主要
源于: 一方面酸沉降胁迫下，马尾松体内叶绿素含
161
林 业 科 学 49 卷
量急剧减少，直接导致植物光合作用减弱，减少了植
物体内有机物合成，明显抑制马尾松生物量的积累
(谈健康等，2004); 另一方面 H + 是危害树木生长
的主要因子，树木经酸雨侵蚀，H + 首先刺激或破坏
细胞膜，引起细胞透性增大，细胞透性随酸雨 pH 值
降低而显著增强，透性增大的组织细胞吸收酸雨中
的 H +加剧细胞电解质特别是阳离子(Ca2 +，Mg2 +，
Mn2 +，K +和 Na + 等)的大量析出，造成大量营养元
素的淋失，致树木整个生理功能失调，生物量降低
(Tomlinson，2003; 李志勇等，2007; Wang et al．，
2007)。
3 结论
1) 酸沉降胁迫下，供试家系苗木部分生理参数
(生物量、质膜相对透性、叶绿素含量)随降水酸度
发生变化，苗木家系间变化幅度不同。不同家系马
尾松对 pH 值大于 4. 5 的降水具有较强的适酸能
力，pH 值低于 3. 5 的降水对马尾松将会产生明显伤
害，马尾松系弱酸性土树种。
2) 苗木生长能力的关键在于马尾松各家系对
土壤 H +离子浓度的耐受能力，耐性强的家系其耐
酸胁迫阈值较高，对土壤基质酸度变化的应对能力
较强。而耐性差的家系生长抑制较明显，膜受伤害
较重，质膜相对透性也较大。综合分析马尾松的部
分生理参数，各家系间适酸能力存在差异，其中 35
家系耐酸能力最强，89，90，115 和 151 号家系次之，
而 79，114 和 116 号家系相对较弱。
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(责任编辑 王艳娜)
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