刘 凯，张帆航，李 泽，梁文汇，蓝金宣

（1.广西林科院 广西特色经济林培育与利用重点实验室，广西 南宁 530002；2.中南林业科技大学 经济林培育与保护省部共建教育部重点实验室，湖南 长沙 410004）

镁元素是植物生长发育所必需的金属元素之一，同时也是组成叶绿素的重要成分，同时，镁离子参与多种光合酶的合成，对植物的光合作用具有巨大的影响[1-3]。镁元素在我国南方酸性土壤中易风化流失，一些植物经常出现缺镁现象，影响植物的正常生长及产量[4-5]。马晓丽等[6]研究了镁肥对葡萄光合速率的影响，结果表明，葡萄缺镁时，电子传递能力变弱，叶片叶绿素含量降低，光合活性下降，PS Ⅱ潜在活性受到抑制。吴韶辉等[7]研究了补充镁元素对缺镁温州蜜柑叶片光合作用的影响，结果表明，补充镁元素能使缺镁温州蜜柑叶片气孔导度、蒸腾速率增加，净光合速率显著提高。Farhat 等[8]研究表明，镁缺乏降低了植物叶片的光合速率，主要原因是由光合机构活性降低的非气孔因素引起的，从而导致胞间CO2同化速率降低。凌丽俐等[9]研究了不同镁浓度对纽荷尔脐橙叶绿素含量的影响，结果表明，纽荷尔脐橙新叶叶片缺乏镁元素会降低其叶绿素含量，适量增加镁浓度能够提高纽荷尔脐橙叶绿素相对含量。Marschner 等[10]研究表明，植物缺乏镁元素会降低光合关键酶的活性，抑制二氧化碳的同化，从而使光合作用降低。

油桐Vernicia fordii是大戟科Euphorbiaceae 油桐属Vernicia落叶乔木，与油茶、核桃和乌桕并称我国4 大木本油料树种[11-12]。从油桐中制取的桐油是一种可替代传统柴油的优质干性油，桐油中含有80%左右的特异脂肪酸——桐酸，桐酸具有3 个共轭双键，其化学性质活泼，是制造优质、环保型油漆和油墨的基本原料[13-15]。在原油日趋减少和环保压力加重的今天，油桐成为了优良的生物能源树种。光合作用是植物生长发育的基础，而叶绿素荧光参数对研究植物叶片光合作用过程中的光能吸收、传递、转换、耗散、分配等具有重要意义[14-17]。以‘葡萄桐’和‘千年桐’两个油桐物种幼苗为试验材料，采用砂基培养，不同处理设置不同的镁离子浓度，旨在探究不同镁离子浓度对2 个油桐物种幼苗的光合生理特性的影响，为油桐的合理施肥及丰产栽培提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验材料为油桐种子萌发的1年生实生苗，种子采自湖南湘西永顺县青坪镇国家油桐种质资源保存库，2016年12月采集6年生‘葡萄桐’和‘千年桐’成熟种子，晾干后沙藏，第2年4月份萌发后进行试验。试验在中南林业科技大学校内进行。

1.2 试验设计

选取种子萌发后长势一致的幼苗移栽到装有石英砂的20 cm×20 cm×25 cm 塑料盆中。移栽一周后用Hoagland(1/2 浓度) 和去除MgSO4的Aron 全浓度配方进行营养液胁迫处理[9]。营养液pH 值为6.0，Mg2+浓度分别为为0、2、6 和 10 mmol·L-1， 用M0、M2、M6 和M10 表 示，Mg2+浓度由MgSO4提供，对照的SO42-用Na2SO4补充以免SO42-离子的影响，每个物种及每个处理9 盆苗，2 个物种总共72 盆苗，每盆1 株。试验期间，2 d 浇一次营养液，一周浇一次不同浓度的MgSO4。试验处理两个月后测定油桐叶片光响应曲线及相关生理指标。

1.3 叶绿素SPAD 值的测定

相对叶绿素含量（SPAD 值）测定采用SPAD-502 叶绿素测定仪（日本Konica 公司），每个处理每次测定3 株，3 次重复，总共9 株。

1.4 光合-光响应曲线的测定

在2017年8月 上 旬9:00—11:00，使 用LI-6400xt 光合仪（LI-COR，USA），选取无病虫害长势一致的油桐叶片，测定光响应曲线；光合有效辐射梯度设定为2 400、2 100、1 800、1 500、 1 200、900、600、300、200、150、100、75、50、25 和0 μmol·m-2s-1，CO2浓度由小钢瓶提供，浓度设定为400 μmol·m-2s-1，相对湿度为70%。光饱和点（LSP）、光补偿点（LCP）等光合指标根据叶子的直角双曲线修正模型进行拟合计算[18-19]。

1.5 丙二醛及游离脯氨酸含量的测定

丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法。方法如下：称取新鲜叶片约0.5 g，加入5 mL 5%三氯乙酸研磨成匀浆，3 000 r/min 离心10 min，取样品提取液1.5 mL 于试管中，加入2.5 mL 0.5%硫代巴比妥酸（用5%三氯乙酸溶解），于沸水浴上加热15 min，迅速冷却，3 000 r/min 离心10 min，取上清液于532 nm 和600 nm 波长处比色，测定吸光值。游离脯氨酸含量采用酸性茚三酮比色法，以μg·g-1FW 表示[15,18,20]。

1.6 数据统计与分析

用Excel 2013 对数据进行处理作图，用SPSS 19.0 软件进行相关性及其差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同供镁水平对两种油桐幼苗SPAD 值的影响

由图1可知，不同供镁水平下，‘千年桐’的SPAD 值高于‘葡萄桐’，差异不显著。随着供镁水平的增加两个油桐物种的SPAD 先升高后降低，当镁浓度为6 mmol·L-1时，‘葡萄桐’和‘千年桐’的叶绿素SPAD 值均最高。当镁浓度为 2 mmol·L-1时，‘葡萄桐’和‘千年桐’的SPAD值分别比对照增加了36.66%、28.57%（P＜0.05），差异显著；当镁浓度为6 mmol·L-1时，‘葡萄桐’和‘千年桐’的叶绿素含量SPAD 值分别比CK 增加了53.33%、45.71%（P＜0.05），差异显著；当镁浓度为10 mmol·L-1时，‘葡萄桐’和‘千年桐’的SPAD 值分别比CK 增加了50.00%、40.12%（P＜ 0.05），差异显著。说明镁元素有利于两个油桐物种叶片叶绿素的合成，提高油桐叶片叶绿素含量，其中，最适宜的处理为M6，浓度为6 mmol·L-1。适宜浓度的镁元素能够提高油桐叶片叶绿素的含量。

图1 不同供镁水平对两种油桐幼苗叶绿素SPAD 值的影响Fig.1 Effects of different levels of magnesium supply on chlorophyll SPAD value of two kinds of tung tree

2.2 不同供镁水平对两种油桐幼苗光合-光响应曲线的影响

由图2可知，当光合有效辐射PAR ≤ 300 μmol·m-2s-1时，两个油桐物种叶片的Pn 随光强呈线性增加。当PAR ＞600 μmol·m-2s-1时，‘葡萄桐’和‘千年桐’在M6 处理下的Pn 均高于其它处理，且三个供镁处理Pn 均高于CK，当光合有效辐射达到 1 800 μmol·m-2s-1时，Pn 不再增加，之后保持平缓下降趋势。在没有对照组CK 的情况下，两个物种PAR ≤600 μmol·m-2s-1时，Pn 随 着PAR 的增加而迅速上升，PAR ＞600 μmol·m-2s-1时，随着PAR的增加，Pn 增加非常缓慢，说明缺镁严重影响了油桐叶片的光合效率，不利于碳水化合物的合成。

从表1可知，在不同供镁水平下，‘葡萄桐’的最大净光合速率（Pn max）和表观量子效率（AQY）均高于‘千年桐’。随着供镁水平的增加，‘葡萄桐’和‘千年桐’的Pn max 及AQY均先增加后降低，当镁浓度为6 mmol·L-1时，两个油桐物种的Pn max 及AQY 达到最高值。随着镁水平的增加，两个油桐物种的光饱和点逐渐增加，说明镁元素能够显著提高油桐的光饱和点，增加光能利用效率。当镁浓度为6 mmol·L-1时， ‘葡萄桐’的Pn max，LSP 及AQY 分别比CK 增加了86.43%、75.52%、82.22%（P＜0.05），差异显著，‘千年桐’的Pn max，LSP 及AQY 分别比CK 增加了83.59%、59.62%、81.36%（P＜0.05），差异显著；与对照相比，当镁浓度为2 mmol·L-1时，显著提高了油桐的Pn max，LSP 及AQY。

2.3 不同供镁水平对两种油桐幼苗气孔导度的影响

由图3可知，当PAR 低于300 μmol·m-2s-1时，不同处理下两个油桐物种的气孔导度均随着PAR的增加而迅速升高，缺镁的CK 升高的幅度低于其它3 个供镁处理。当PAR 高于300 μmol·m-2s-1时，两个油桐物种的气孔导度均随着PAR 的增加而缓慢升高，当镁浓度为6 mmol·L-1时，两个油桐物种的Gs 最高，‘葡萄桐’的Gs 在M6 处理下分别比M10、M2 及CK 高26.47%、62.86%及198.20%（P＜0.05），差异显著，‘千年桐’的Gs 在M6 处理下分别比M10、M2 及CK 处理的高30.00%、34.48%及143.75%（P＜0.05），差异显著。

图2 不同供镁水平下净光合速率对光合有效辐射的响应Fig.2 Responses of net photosynthetic rate to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

表1 不同供镁水平下净光合速率对光合有效辐射响应的特征参数†Table1 Characteristic parameters of responses of net photosynthetic rate to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

图3 不同供镁水平下气孔导度对光合有效辐射的响应Fig.3 Responses of stomatal conductance to photosynthetic active radiation under different levels of magnesium supply

2.4 不同供镁水平对两种油桐幼苗游离脯氨酸含量的影响

由图4可知，除了M10 处理的‘千年桐’外，游离脯氨酸随着供镁水平的增加逐渐降低，当镁浓度为6 mmol·L-1时，游离脯氨酸的含量最低， ‘葡萄桐’的游离脯氨酸含量分别比CK 低28.25%，差异显著（P＜0.05）；‘千年桐’的游离脯氨酸含量分别比M0 低20.39%，差异显著（P＜0.05），说明适当浓度的镁供给有利于降低油桐叶片的游离脯氨酸含量。

2.5 不同供镁水平对两种油桐幼苗丙二醛含量的影响

图4 不同供镁水平对两种油桐幼苗游离脯氨酸含量的影响Fig.4 Effects of different levels of magnesium supply on free proline contents of two kinds of tung tree seedlings

由图5可知，两个油桐物种丙二醛含量随着供镁水平的增加逐渐降低，在同一供镁水平下两个物种的丙二醛含量无显著差异（P＞0.05）。‘葡萄桐’的丙二醛含量在不同供镁水平下无显著差异，‘千年桐’的丙二醛含量在M10 处理下比M0 低9.85%，差异不显著，说明不同浓度的镁对清除油桐幼苗叶片内的丙二醛对细胞膜的毒害作用影响不显著。

3 结论与讨论

图5 不同供镁水平对两种油桐幼苗丙二醛含量的影响Fig.5 Effects of different levels of magnesium supply on malondialdehyde contents of two kinds of tung tree seedlings

镁肥对植物生长发育具有重要影响，尤其是在叶绿素的合成及植物的光合作用中起重要作用。研究表明，适量浓度的镁可显著提高油桐幼苗的光合作用及生长量，光合作用的提高主要是RuBP羧化酶活性增加引起的[3]。Shen 等[21]研究表明，在缺镁条件下，由于光合酶的合成受到抑制，从而使净光合速率降低，说明镁能够调节植物细胞内光合酶的活性。叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，叶绿素SPAD 值的高低反应了植物叶片相对叶绿素含量[22]，研究从叶绿素SPAD 值测定结果可看出，‘葡萄桐’的叶绿素SPAD值低于‘千年桐’，而‘葡萄桐’的Pn 却高于‘千年桐’，可能是因为叶绿素含量的高低仅仅是影响植物光合效率的因素之一，不能单单以叶绿素含量的多少来推断植物光合效率的高低[3,23]，而且SPAD 值反应的是植物活体相对叶绿素含量，并不能充分代表叶片内叶绿素含量的多少，而且，植物在弱光条件下光合速率会随叶绿素含量的增加而升高， 而在饱和光下光合速率往往与叶绿素含量的多少无关[24]，因此，不能完全依照叶绿素SPAD 值的高低来判断植物光合速率的高低。本研究发现，镁对两种油桐叶片SPAD 值影响显著，随着镁浓度的增加，两种油桐叶片的SPAD 值均增加，同时，光合效率也增加了，说明镁元素对油桐生长具有重要作用。

光合-光响应曲线反映了植物光合速率随光照强度增减的变化规律，是判断植物光合效率受其环境变化的影响程度，因此光响应曲线的测定是研究植物在逆境条件下的重要手段之一[25]。最大净光合速率（Pn max）主要是由电子传递速率和Rusbico 活性决定的，本文研究发现，两个油桐物种的Pn max 在缺镁的对照下显著低于其它供镁水平，主要是由于缺镁影响了油桐电子传递速率及Rusbico 活性，这与陆燕元等[26]在甘薯光合-光响应曲线中的研究结果一致。表观量子效率（AQY）的高低反应了植物吸收和转换光能的色素蛋白复合体较多。两个油桐物种的AQY 随着供镁水平的增加而增加，说明适宜的镁浓度能够提高油桐叶片的AQY，增加弱光下油桐的净光合速率。与对照相比，不同供镁水平下油桐叶片的光饱和点（LSP）显著增加，说明在低镁情况下，油桐叶片的光照生态幅变窄，对环境的适应性减弱了，最终导致光合效率降低影响产量，这与白羽祥等[27]在烤烟光响应曲线中的研究结果相一致，说明在低镁胁迫下油桐叶片对弱光的利用受到较大抑制，把光能转化为净能量的能力降低。本次研究通过对两种油桐幼苗提供不同浓度的镁，探究其生长及光合特性的规律，研究表明，对两种油桐幼苗供镁能明显增加相对叶绿素含量，提高光合效率，并且适宜浓度的镁能最大限度地提高两种油桐幼苗的光合效率，使其生长加快，生物量增加。但是，由于本次试验是针对两个物种的幼苗进行的，所以对油桐成林施加镁肥是否能提高其光合效率，增加其叶绿素含量尚不清楚，施加镁肥的最适浓度也尚不清楚，需要进一步的研究探索。