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不同氮添加水平和铵硝态氮配比环境下木荷幼苗光合及叶绿素荧光特性
闫小莉, 刘贵梅, 李小玉, 江宇翔, 全小强, 王燕茹, 曲鲁平, 汤行昊
植物生态学报    2025, 49 (4): 624-637.   DOI: 10.17521/cjpe.2024.0379
摘要   (102 HTML5 PDF(pc) (2160KB)(35)  

土壤氮(N)变化加剧的背景下研究不同N添加水平和铵硝态N配比的栽培环境对亚热带主要树种木荷(Schima superba)幼苗光合及叶绿素荧光特性的影响和生长差异, 可明确木荷幼苗光合生理及其生长对不同N养分环境的短期响应机制。该研究以一年生木荷实生苗为对象, 设置低N、中N、高N (0.5、1.0、2.0 mmol·L-1) 3个N添加水平, 10:0、8:2、6:4、5:5、4:6、2:8、0:10 7个铵硝态N配比的21个实验处理组, 盆栽砂培营养液处理180天后测定其光合参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量、生物量和根冠比。结果表明: (1)在高N和中N水平下, 木荷幼苗净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、叶绿素总量(叶绿素a + b)、地上生物量和总生物量均是铵硝态N配比为4:6时最高, 而低N水平下为10:0配比时最高; 地下生物量在高N水平下为4:6配比最高, 中N和低N水平下则均为6:4配比最高, 而根冠比在高N和中N水平下均是10:0配比最高, 低N水平下则是6:4配比最高。(2)木荷幼苗的PnGsTr、叶绿素总量、地上生物量和总生物量除10:0配比外, 其余6个配比下均为高N添加水平最高; 水分利用效率、地下生物量、根冠比则整体表现为低N水平最高。(3)木荷幼苗叶片的荧光强度在高N水平下更强, 在低N水平的4:6配比下显著较其他配比处理下降, 中N水平下0:10配比的OJIP曲线偏离程度最大。低N水平下10:0、0:10、8:2、2:8配比的J-I段, 中N水平下0:10、8:2、2:8、4:6配比的O-J和J-I段, 高N水平下0:10、2:8、6:4配比的J-I段和0:10、4:6配比的I-P段的荧光值均有所升高。3个N水平下OJIP曲线偏离程度差异不明显且均未对最大荧光产生影响, 表明本研究模拟的低N添加水平(即N胁迫)和铵硝态N高度非均衡分配(10:0和0:10)的栽培环境对木荷幼苗生长未造成胁迫。整体上, 适量的N添加和适宜的铵硝态N配比的栽培环境能优化木荷幼苗光系统II反应中心的能量利用, 可有效提高木荷幼苗光合能力并促进地上部分生长和生物量积累。在低N添加下木荷通过增强根系的生长来获取更多的营养物质供其生长发育所需, 但光合能力较弱且总生物量积累少。

参数和公式 Parameter and formula 生物学意义 Biological meaning
ABS/CSm = Fm 单位面积吸收的光能 Light energy absorbed per unit area
TRo/CSm = φPo (ABS/CSm) 单位面积捕获的光能 Light energy captured per unit area
ETo/CSm = φEo (ABS/CSm) 单位面积电子传递的量子产额 Quantum yield of electron transport per unit area
DIo/CSm = (ABS/CSm) - (TRo/CSm) 单位面积的热耗散 Heat dissipation per unit area
ABS/RC = Mo × (1/Vj) × (1/φPo) 单位反应中心吸收的光能 Unit of light energy absorbed by the reaction center
TRo/RC = Mo × (1/Vj) 单位反应中心捕获的用于初级电子受体(QA)的能量
Unit of energy captured by the reaction center for primary electron acceptor (QA)
ETo/RC = Mo × (1/Vj) × ψo 单位反应中心捕获的用于电子传递的能量
A unit of energy captured by a reaction center for electron transport
DIo/RC = ABS/RC - TRo/RC 单位反应中心耗散掉的能量 Unit of energy dissipated from the reaction center
PIabs = (RC/ABS)[φPo/(1 − φPo)][ψo/(1 − ψo)] 以吸收光能为基础的性能指数 Performance index based on absorption of light energy
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表1 OJIP曲线分析所使用的公式和术语
正文中引用本图/表的段落
不同N添加水平和铵硝态N配比处理180天后, 选择测定光合参数时所用的叶片, 经30 min暗适应后利用Pocket PEA植物效率分析仪(Hansatech Instruments, King’s Lynn, UK)测定各处理的木荷幼苗叶绿素荧光参数, 根据测得数据绘制OJIP荧光诱导曲线, 计算叶片单位横截面积能量流参数和反应中心密度等参数, Fv/Fm、PSII潜在光化学活性(Fv/Fo)等。各参数和公式及其生物学意义如表1所示。
双因素方差分析结果表明, 木荷幼苗的PnGsTr、WUE在不同N添加水平、不同铵硝态N配比处理及两者的交互作用下均有极显著差异(图1)。在所有实验处理中, 木荷幼苗叶片的Pn、GsTr均在高N添加水平的4:6配比下最大, 分别较其他配比处理提高13.12%-78.58%、12.67%-148.77%、14.26%-196.85%(图1A-1C)。木荷幼苗叶片Pn除了在10:0配比外, 在其余6个铵硝态N配比下均随着N添加水平的提高而升高, 其中6:4、5:5、4:6、2:8、0:10配比下均为高N水平显著高于中N和低N水平(图1A)。木荷幼苗的WUE在低N水平下的数值整体高于高N和中N添加水平, 但多数处理下差异不显著, 其中低N水平的5:5配比下WUE最高(图1D)。
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