杉木[Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook]是我国南方重要的速生用材树种之一，在我国林业生产中占有举足轻重的地位^[1]。杉木生长受到多种环境因子的影响，其中水分条件是影响杉木正常生长的重要因素之一^[2-4]。我国南方虽然水资源丰富，但是受到副热带高压的影响，夏季季节性伏旱和秋旱发生频繁^[5]，极大地限制了杉木人工林生产力的提高^[1]。研究表明：光合作用对干旱胁迫的响应非常敏感，干旱会影响植物体内水分及养分代谢，进而影响植物正常的光合作用^[6-7]。随着干旱胁迫程度的加深，植物光合速率不断降低，严重的干旱胁迫可造成叶片叶绿体光合机构受损^[8]，最终导致杉木人工林产量下降。叶绿素荧光动力学参数与植物光合作用有着密切的关系^[9-10]，可以快速、灵敏、无损伤地监测干旱胁迫对植物光合作用的影响^[11]，广泛应用于干旱胁迫对植物光合能力影响的研究^{[8, 10]}。大量研究表明：干旱胁迫会破坏植物的光合系统反应中心，导致植物叶绿素荧光参数初始荧光(F_o)升高，最大荧光产量(F_m)及最大光化学效率(F_v/F_m)不断降低^{[10, 12]}。目前，干旱胁迫对杉木叶绿素荧光动力学参数的影响及以叶绿素荧光动力学参数为评价手段进行杉木抗旱性评价的研究还有待深入^[13]。

有鉴于此，本研究以课题组前期筛选出的两种优良杉木无性系为试验材料，利用PEG-6000模拟干旱胁迫，探讨不同胁迫强度(轻度、中度、重度)及不同胁迫时间对两种杉木无性系多个叶绿素荧光参数的影响，为干旱条件下杉木光合调控机理研究及高光合型优良杉木种源的筛选提供一定的理论基础及技术支撑。

试验材料在国家林业局杉木工程技术研究中心温室内培育，以福建省尤溪国有林场提供的杉木3代种子园种子为原始材料，经种子育苗、苗期生长评价及无性繁殖，获得两个性状优良的1年生杉木无性系幼苗，平均苗高38.5 cm，分别编号5号和49号。

将两种杉木无性系幼苗从培养基质(蛭石:营养土=1:1)中取出，清水洗净根部后，再用去离子水反复冲洗3遍，转移至水培装置中进行培养。在1/2Hoagland营养液中驯化培养1周，每天上午和下午各通气1 h，使杉木幼苗适应水培环境。驯化期结束后，采用1/2Hoagland+PEG-6000的方法模拟干旱胁迫，PEG-6000设置体积质量为10、20、30 kg·L^-1三个胁迫浓度，分别模拟轻度、中度及重度干旱胁迫^[13]，以不加PEG-6000的处理作为对照(CK)，每个处理3个重复，每个重复3株杉木无性系幼苗。试验在光照培养箱(LT-ACC400)内进行，培养条件为温度25 ℃，光照16 h，黑暗8 h，相对湿度60%，光照强度120 μmol·m^-2·s^-1[14]。分别在胁迫0、24、48及72 h进行各处理幼苗从顶端向下第二轮生枝条叶片的叶绿素荧光参数测定^[14]，4次测定保持所测定叶片一致，每次测定3片叶片。

利用手持式叶绿素荧光仪OP-30P进行叶绿素荧光参数初始荧光(minimal fluorescence, F_o)、最大荧光产量(maximal fluorescence, F_m)、最大可变荧光(maximal variable fluorescence, F_v=F_m-F_o)、最大光化学效率(maximal photochemical efficiency, F_v/F_m)、PSⅡ的潜在活性(potential photochemical efficiency, F_v/F_o)的测定^{[9, 13]}。

采用SPSS 17.0进行数据统计分析，多重比较采用最小显著性差异方法(LSD)进行分析，OriginPro 9.1进行图表绘制。

干旱胁迫下，两种无性系的初始荧光(F_o)值在不同胁迫程度及不同胁迫时间下呈现不同变化趋势(图 1)。轻度干旱胁迫下，两种无性系的F_o值均随胁迫时间的增加而上升，在胁迫48 h后呈下降趋势，5号无性系在各胁迫时间的F_o值与0 h的差异均不显著；49号无性系在胁迫48 h的F_o值与0 h的差异达显著水平(P < 0.05)，比0 h的高出22.6%。中度干旱胁迫下，5号无性系的F_o值随胁迫时间延长而上升；49号无性系的F_o值在胁迫24 h前下降而后上升。重度干旱胁迫下，两种无性系的F_o值随胁迫时间增加而下降，均在48 h达到最低值后上升(P < 0.05)。胁迫初期(24 h)，5号无性系的F_o值在轻度与中度胁迫下均高于对照，但不显著，在重度胁迫下低于对照15.9%，差异达显著水平(P < 0.05)；49号无性系的F_o值随胁迫程度的增加而波动变化，但与对照均不显著。胁迫中期(48 h)，5号无性系的F_o值亦在重度胁迫下显著降到最低值(低于对照55.2%，P < 0.05)；49号无性系的F_o值在轻度及中度胁迫下显著高于对照，而在重度胁迫下而显著低于对照(低于对照29.1%，P < 0.05)。胁迫后期(72 h)，两种无性系的F_o值在不同胁迫程度下均高于对照(5号无性系重度胁迫除外)，但不显著。

	图 1 干旱胁迫对初始荧光的影响 Fig. 1 The influence of drought stress on minimal fluorescence
图选项

干旱胁迫下，两种无性系的最大荧光产量(F_m)值随胁迫时间总体呈下降趋势(图 2)。在轻度胁迫下，5号无性系的F_m值随胁迫时间增加降幅比较大，胁迫48和72 h的F_m值均与0 h的差异显著(P < 0.05)，胁迫72 h的F_m值仅为0 h的50.9%；49号无性系的F_m值随胁迫时间的延长表现为先增后降，胁迫72 h的F_m值与0 h相比显著降低(降低6.5%，P < 0.05)。在中度胁迫下，5号无性系在各胁迫时间的F_m值均低于0 h，但只在胁迫后期(72 h)与0 h差异显著(下降34.2%，P < 0.05)；49号无性系的F_m值变化趋势不明显，略有波动。在重度胁迫下，5号无性系的F_m值在胁迫24 h上升后逐渐下降，但与0 h相比差异均不显著；49号无性系的F_m值在各胁迫时间均低于0 h，但差异不显著。同一时间两种无性系的F_m值随胁迫程度的增加而变化不一。胁迫初期(24 h)，5号和49号无性系的F_m值均随胁迫程度的加深而下降，均与对照无显著差异。胁迫中期(48 h)，两种无性系的F_m值同样随胁迫程度加深而下降，5号无性系在轻度胁迫下的F_m值与对照呈显著差异(P < 0.05)，比对照降低38.7%；49号无性系在轻度胁迫下的F_m值与中度胁迫呈显著差异(P < 0.05)。胁迫72 h时，5号无性系的F_m值随胁迫程度加深下降的幅度较大，重度胁迫下的F_m值比对照降低26.4%。

	图 2 干旱胁迫对最大荧光产量的影响 Fig. 2 The influence of drought stress on maximal fluorescence
图选项

干旱胁迫下，两种杉木无性系的可变荧光(F_v)值随胁迫时间增加总体呈下降趋势(图 3)。轻度胁迫下，5号无性系的F_v值随胁迫时间增加下降明显，胁迫72 h的F_v与0 h的差异显著(下降59.0%，P < 0.05)；49号无性系的F_v值随胁迫时间增加先增后降，但与0 h差异均不显著。中度胁迫下，5号无性系在胁迫24、48和72 h的F_v值均与0 h的差异显著(P < 0.05)，分别比0 h的低32.4%、30.1%和41.2%；49号无性系在各胁迫时间下的F_v均低于0 h，但差异不显著。重度胁迫下，5号无性系的F_v值随胁迫时间增加呈先上后降趋势，49号无性系的F_v值呈波动变化，但与0 h的差异均不显著。同一时间不同胁迫程度两种无性系的F_v值呈现不同变化规律。胁迫初期(24 h)，5号和49号无性系的F_v值随胁迫程度的增加而下降，但与对照差异不显著。胁迫中期(48 h)，5号无性系的F_v值在轻度胁迫时显著低于对照(低45.5%，P < 0.05)，并随胁迫程度的增加而增加；49号无性系的F_v值在各胁迫程度下与对照差异不显著。胁迫后期(72 h)，两种无性系的F_v值与对照均没有显著差异。

	图 3 干旱胁迫对可变荧光的影响 Fig. 3 The influence of drought stress on variable fluorescence
图选项

在干旱胁迫下，两种无性系的最大光化学效率(F_v/F_m)随胁迫时间增加总体呈下降趋势(图 4)。轻度胁迫下，5号和49号无性系的F_v/F_m值随胁迫时间的延长逐渐降低，5号无性系的F_v/F_m值在胁迫48和72 h与0 h差异显著(P < 0.05)，49号无性系在胁迫72 h的F_v/F_m值与0 h的差异显著(P < 0.05)。中度胁迫下，5号无性系在胁迫24、48和72 h的F_v/F_m值均显著低于0 h(P < 0.05)，49号无性系的F_v/F_m值随胁迫时间延长而下降，但与0 h相比差异不显著。重度胁迫下，5号无性系的F_v/F_m值随胁迫时间延长先上升后下降，胁迫48 h的F_v/F_m值与其他处理相比显著最高(P < 0.05)，胁迫72 h的F_v/F_m值则显著最低(P < 0.05)；49号无性系的F_v/F_m值在胁迫48 h时显著最高(P < 0.05)。胁迫初期(24 h)，5号无性系的F_v/F_m值在中度胁迫下与对照差异显著(P < 0.05)；49号无性系的F_v/F_m值在重度胁迫下显著最低(P < 0.05)。胁迫中期(48 h)，5号无性系的F_v/F_m值随胁迫浓度的增加而增加，轻度与中度胁迫处理显著低于对照(P < 0.05)；49号无性系的F_v/F_m值在中度胁迫下显著低于对照，在重度胁迫下则显著高于对照(P < 0.05)。胁迫后期(72 h)，5号无性系的F_v/F_m值随胁迫程度的增加而增加，在轻度胁迫下显著低于对照，49号无性系的F_v/F_m值随胁迫程度的增加而下降，与对照差异不显著。

	图 4 干旱胁迫对最大光化学效率的影响 Fig. 4 The influence of drought stress on maximal photochemical efficiency
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干旱胁迫下，两种无性系的PSⅡ的潜在活性(F_v/F_o)值随胁迫时间总体呈下降趋势(图 5)。轻度胁迫下，两种杉木无性系的F_v/F_o值随胁迫时间的增加而下降，5号无性系在胁迫72 h的F_v/F_o值与0 h差异显著(低59.3%，P < 0.05)；49号无性系24 h的F_v/F_o值与48、72 h的相比显著最高(P < 0.05)。中度胁迫下，5号无性系的F_v/F_o值与0 h的差异显著(P < 0.05)，胁迫24、48和72 h的F_v/F_o值比0 h的分别低32.6%、34.9%和43.5%；49号无性系的F_v/F_o值随胁迫时间的增加而下降，但与0 h的差异不显著。重度胁迫下，5号无性系在胁迫48 h的F_v/F_o值显著高于对照(P < 0.05)，而后迅速下降；49号无性系在胁迫48 h的F_v/F_o值与0 h的相比差异显著(P < 0.05)。胁迫初期(24 h)，5号无性系的F_v/F_o值与对照差异不显著；49号无性系在轻度与重度胁迫下的F_v/F_o值差异显著(P < 0.05)。胁迫中期(48 h)，两种无性系在重度胁迫下的F_v/F_o值与对照差异显著(P < 0.05)。胁迫后期(72 h)，5号无性系在轻度、中度和重度胁迫下的F_v/F_o值比对照低58.8%、39.2%和31.2%，三者均与对照差异显著(P < 0.05)；49号无性系的F_v/F_o值则随胁迫程度加深有所下降，但差异不显著。

	图 5 干旱胁迫对PSⅡ的潜在活性的影响 Fig. 5 The influence of drought stress on potential photochemical efficiency
图选项

初始荧光(F_o)的变化可以推测光反应中心的状态以及光保护机制，最大荧光产量(F_m)是光抑制的重要特征，最大可变荧光(F_v)反应QA还原状况^[15]。本研究中，两种无性系的F_o值在轻度和中度胁迫下总体呈先上升后下降的趋势，在重度胁迫下随时间的增加呈先下降后上升的趋势。在胁迫处理下，F_o上升的过程中可能会在某一个临界点突然下降^[15]。在轻度和中度胁迫下，5号无性系的F_o值随时间的延长而上升，在胁迫48 h后开始下降，说明5号无性系在轻、中度胁迫下F_o临界值可能是胁迫48 h后的F_o值；49号无性系的F_o值分别是在胁迫48和24 h后下降，轻、中度胁迫下其F_o临界值可能分别是48和24 h后的F_o值。两种无性系的F_o值在重胁迫下随时间先降后升，可能是杉木无性系在重度胁迫下逐渐启动相应恢复机制，但随着时间的延长，PSⅡ反应中心或者叶片中的类囊体膜遭到了不同程度的破坏^[15]。另外，两种无性系的F_o值在重度胁迫下的变化幅度最大，说明重度干旱胁迫对杉木叶片PSⅡ原始光能转化效率的影响较大，这与李娟等^[8]、李泽等^[10]的研究一致。两种杉木无性系的F_m值和F_v值总体呈下降趋势，可能是干旱胁迫抑制了杉木叶片PSⅡ的活性造成的^[16-17]。F_m值降低可能是由于干旱胁迫下用于光合作用的能量减少，抑制了PSⅡ反应中心的电子传递。F_v值降低可能是因为干旱胁迫下PSⅡ反应中心QA氧化还原量减少，电子传递能力下降。

在荧光参数中，最大光化学效率(F_v/F_m)和PSⅡ的潜在活性(F_v/F_o)被公认是叶片光合效率的重要指标^[15]。本研究表明，在干旱胁迫下，两种杉木优良无性系的F_v/F_m值和F_v/F_o值总体呈下降趋势，这与林惠鸿等^[17]、郭志伟^[14]的研究一致。F_v/F_m值下降可能是由于干旱胁迫使杉木叶片的类囊体膜遭到破坏，从而使光系统Ⅱ受到伤害，叶片潜在活力下降^[18]。一般认为没有光呼吸的条件下，植物的F_v/F_m值一般在0.80~0.83，胁迫条件下其值会降低^[19]。本研究表明，胁迫前，两种无性系的F_v/F_m值都保持正常水平，随着干旱胁迫时间的延长和程度的加深，5号无性系的F_v/F_m值迅速下降，降至0.8以下，而49号无性系的F_v/F_m值虽有所下降，但降幅不大，说明5号无性系比49号无性系更容易受到光抑制的影响而导致光合结构活性降低，抗旱能力相对较弱。F_v/F_o值下降，可能由于干旱胁迫抑制了PSⅡ的潜在活性，破坏了光系统反应中心，其在干旱胁迫下存在多项显著性差异(P < 0.05)，由此可以看出，在干旱胁迫下，F_v/F_o比F_v/F_m敏感很多，这与王丽敏^[15]的研究结果一致，是检测干旱胁迫影响更为理想的指标，可用于耐旱型优良杉木种源的前期快速筛选。本研究发现随干旱胁迫程度的加重以及胁迫时间的延长，5号无性系的F_v/F_m值和F_v/F_o值均明显低于49号无性系，初步判定49号无性系具有较强的光合调控能力以响应外界的干旱逆境，可为耐旱型优良杉木种源的筛选提供科学依据。