夏季淹水胁迫对北美枫香苗木叶色及光合荧光特性的影响

【目的】评价北美枫香(Liquidambar styraciflua)耐涝性,并从叶色与色素、光合荧光等生理指标间的协同性分析其耐涝机理,为沿海和涝害地区耐水湿观赏树种的筛选提供参考。【方法】模拟中国南方洪水季节性发生的特点,在夏季高温期间,对北美枫香1年生扦插苗进行60 d的户外盆栽淹水处理,分析其在淹水过程中生长、叶色(色彩参数与色素比例)及光合特征[净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和胞间CO₂浓度(C_i)]、叶绿素荧光动力学特性[单位叶面积反应中心数(N_RC/CSm)单位叶面积热耗散的能量(E_DIo/CSm)、PSⅡ捕获能量从Q_A传递到Q_B的效率(ψ_O)、电子传递的量子比率(φ_Eo)、受体侧末端电子受体的量子产额(φ_Ro)、综合性能指数(I_total)]的动态变化趋势,并根据各指标峰谷值出现时间分析指标间的协同性。【结果】①淹水持续60 d并未对北美枫香的生长产生抑制作用,苗木的成活率能达到90%以上。②叶色参数结果显示,随着淹水时间的延长,色调角h值呈现显著下降趋势,40 d后,叶片由绿色相域转变为红色相域(h<90°)。③叶片色素相对含量比值结果显示,随着淹水时间的延长,处理的叶片叶绿素与花青素及类胡萝卜素相对含量的比值[Chl/(Anth+Car)]呈现下降趋势。20 d后,处理Chl/(Anth+Car)的值显著低于对照(CK),在40 d后,Chl/(Anth+Car)的值小于1(胡萝卜素和花青素相对含量占据主要地位),这与叶片外观色彩参数变化表现出同步性。④处理与CK叶片光合气体交换参数变化趋势整体相似,P_n与C_i均呈现下降—上升—下降趋势,T_r与G_s均呈现下降趋势;在淹水初期(0~20 d)处理与CK各光合参数值差异不显著,但在淹水中后期(20 d后),处理各参数值显著低于CK,且二者差异整体呈现增大趋势。⑤光响应曲线特征表明,处理在各光强下的P_n显著低于CK,且随着淹水时间的延长,处理与CK的P_n差值越大,表现出较低的光能利用率。⑥叶绿素荧光动力学参数表明,淹水30 d后,叶片反应中心数目(N_RC/CSm)和光系统PSⅡ向PSⅠ的电子传递能力(Ψ_o、$φ_{Ro}$和$φ_{Ro}$)均显著下降,叶片的热耗散($E_{\text{DIo/CS m}}$)显著上升,最终导致PSⅡ综合性能指数显著下降。【结论】北美枫香具有较强的短期耐水淹能力,尤其在淹水20 d内,各指标均优于CK;北美枫香主要通过增加叶片热耗散以及调节光合色素含量权重来减少激发能和过剩激发能产生的伤害,从而降低涝害程度;净光合速率、叶片色素比值及荧光参数之间存在协同性,各参数拐点出现的时间呈节律性变化,分别为20、30 及40 d,其中光合参数反应最为灵敏。