油松是我国北方地区重要的人工造林树种,在北京的古树名木中占有很大的比重。铁是影响植物生长发育的重要因子,缺铁会造成植物生长不良。根据调查,我国大部分地区都有缺铁现象的发生。北京的土壤大多为碱性,几乎都以难溶于水的Fe3 +形式存在,植物难以吸收,造成缺铁现象。许多研究表明,植物的叶片活性铁含量与其叶绿素含量有着很强的相关性。这些研究工作多集中于农作物,关于供铁水平与造林树种光合作用关系的研究相对较少。为此,采用砂培方法设置供铁梯度,观察了不同供铁水平下油松幼苗的叶绿素及活性铁含量4～9 月份的变化,旨在探讨油松幼苗的叶绿素形成对铁素供给变化的响应规律和机制,并为油松的育苗及肥料管理提供理论依据和实践指导。

1 　材料和方法

1. 1 　试验材料

试验于2009 年3 月至9 月在北京市园林科学研究所内进行,供试苗木为同一批2 年生油松( Pi2nus t abul aef ormis Carr . ) 幼苗。将幼苗根系洗净、消毒后栽植于盛有河砂(经0. 5 %盐酸浸泡24h ,并用自来水洗至中性) 并在底部打孔的塑料桶(直径23cm ,高25cm) 中,每桶植苗1 株。盆栽苗木在露地经常规管理,至4 月中旬左右,将盆栽苗木移到防雨棚下。另外我们附上两款可以测定植物叶绿素含量的仪器，如手持叶绿素计、和SPAD502叶绿素仪。手持叶绿素计叶绿素仪通过测量叶片在两种波长范围内的透光系数来确定叶片当前叶绿素的相对数量,也就是在叶绿素选择吸收特定波长光的两个波长区域，根据叶片透射光的量来计算测量值。

1. 2 　试验设计

完全营养液参照Hoagland 和Amon (1983) 的方法配制,微量元素采用不含铁的通用配方。3 月20 日开始进行Fe2 + 浓度的处理。试验设1 个对照(CK) ,6 个处理。选取大小一致、长势良好的幼苗随机分成7 组(每组20 盆) ,分别浇灌的Fe2 + 浓度(按营养液中所含Fe - EDTA 浓度) 为75μmol ·L - 1 , 0μmol ·L - 1 ,30μmol ·L - 1 , 60μmol ·L - 1 ,90μmol ·L - 1 , 120μmol ·L - 1 , 150μmol ·L - 1 ,每浇3 次水浇一次营养液,每次1L 。于每月20 号左右采样、测定。

1. 3 　测定方法

叶绿素的测定参照李合生的方法。活性铁用原子吸收分光光度计法测定。数据处理采用ECXEL 2003 和SPSS 11. 5 ,采用Duncan 法进行多重比较。

2 　结果与分析

2. 1 　不同Fe 处理对油松幼苗叶绿素a 含量的影响

从叶绿素a 含量变化看, CK、60 、90 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份呈先升后降的趋势。4～8 月份迅速上升,在8 月份达到峰值,9 月份呈下降趋势,但下降趋于平缓。8 月份时与4 月份相比分别增加了162. 5 %、130. 3 %、191. 4 %、127. 8 %、109. 2 % , 差异均达极显著水平( p <0. 01) ;0μmol ·L - 1和30μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内呈单峰曲线,4 月至6 月份迅速上升,至6月份达到峰值,与4 月份相比分别增加了90. 8 %、63. 7 %,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ,之后迅速下降,8 月份明显低于4 月份。

从不同处理看,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内一直高于其他5 个处理。方差分析表明,当各处理达到高峰时,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理极显著高于其他处理(p < 0. 01) ,90μmol ·L - 1 供铁处理高于CK,但二者之间差异不显著;60 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理极显著高于0μmol ·L - 1 和30μmol. L - 1 供铁处理(p < 0. 01) ,三者之间差异不显著; 30μmol ·L - 1 供铁处理高于0μmol ·L - 1 ,差异不显著。叶绿素a4～9 月份由高到低为90μmol ·L - 1 œ CK œ 120μmol ·L - 1 œ 60μmol ·L - 1 œ 150μmol ·L - 1 œ 30μmol ·L - 1 œ 0μmol ·L - 1 。

2. 2 　不同Fe 处理对油松幼苗叶绿素b 含量的影响

由图2 可以看出,CK、60 、90 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份呈先升后降的趋势。4～8 月份迅速上升,在8 月份达到峰值,9 月份呈下降趋势,但下降趋于平缓。8 月份时与4 月份相比分别增加了154. 3 %、193. 8 %、166. 1 %、165. 4 %、163. 4 % ,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ;0μmol ·L - 1 和30μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内呈单峰曲线,4 月至7 月份迅速上升,至7 月份达到峰值,与4 月份相比分别增加了66. 9 %、51. 3 % ,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ,之后迅速下降。从不同处理看,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内一直高于其他5 个处理。方差分析表明,当各处理达到高峰时,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理显著高于其他处理(p < 0. 05) ,90μmol ·L - 1供铁处理高于CK, 但二者之间差异不显著; 60 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理显著高于0μmol ·L - 1和30μmol ·L - 1 供铁处理(p < 0. 05) ,三者之间差异不显著; 30μmol ·L - 1 供铁处理高于0μmol ·L - 1 ,差异不显著。叶绿素b4～9 月份由高到低为90μmol ·L - 1 œ CK œ 120μmol ·L - 1 œ 60μmol ·L - 1 œ 150μmol ·L - 1 œ 30μmol ·L - 1 œ 0μmol ·L - 1 。

2. 3 　不同Fe 处理对油松幼苗叶绿素总量的影响

叶绿素在植物光合作用的原初光反应过程中起着关键作用,其含量的变化往往与叶片的生理活性、植物对环境的适应性和抗逆性有关。从叶绿素总量变化看,CK、60 、90 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份呈先升后降的趋势。4～8 月份迅速上升,在8 月份达到峰值,9 月份呈下降趋势,但下降趋于平缓。8 月份时与4 月份相比分别增加了107. 8 %、141. 8 %、186. 4 %、134. 8 %、98. 7 % ,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ;0μmol ·L - 1 和30μmol·L - 1 供铁处理在4～9 月份内呈单峰曲线,4 月至6 月份迅速上升,至6 月份达到峰值,与4 月份相比分别增加了89. 8 %、80. 4 % ,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ,由于受到铁供应不足对油松幼苗造成了胁迫,0 、30μmol ·L - 1 供铁处理在6 月份达到峰值后就不再上升。

由图3 还可以看出,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内一直高于其他5 个处理。方差分析表明,当各处理达到高峰时,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理极显著高于其他处理(p < 0. 01) ,90μmol ·L - 1供铁处理高于CK,但二者之间差异不显著;60 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理极显著高于0μmol ·L - 1 和30μmol ·L - 1 供铁处理(p < 0. 01) ,三者之间差异不显著;30μmol ·L - 1 供铁处理高于0μmol ·L - 1 ,差异不显著。叶绿素总量4～9 月份由高到低为90μmol ·L - 1 œ CK œ 120μmol ·L - 1œ 60μmol ·L - 1 œ 150μmol ·L - 1 œ 30μmol ·L - 1œ 0μmol ·L - 1 。

2. 4 　不同Fe 处理对油松幼苗活性铁含量的影响

由图4 可知,7 种处理的活性铁含量4～9 月份变化趋于一致, 均呈单峰曲线。CK、60 、90 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理在4～8 月份迅速上升,在8月份达到峰值,9 月份呈下降趋势,但下降趋于平缓。8 月份时与4 月份相比分别增加了37. 2 %、40. 4 %、62. 6 %、40. 1 %、31. 2 % ,差异均达极显著水平(p < 0. 01) ;0μmol ·L - 1 和30μmol ·L - 1 供铁处理在4 月至6 月份迅速上升,至6 月份达到峰值,与4 月份相比分别增加了16. 7 %、38. 4 %,差异分别达到显著(p < 0. 05) 和极显著水平(p < 0. 01) 。6 月份以后开始下降,可能由于受到铁供应不足对油松幼苗造成了胁迫,使叶片气孔关闭,引起蒸腾速率的下降,进而影响铁的吸收。

由图4 还可以看出,CK 和90μmol ·L - 1 供铁处理在4～9 月份内一直高于其他5 个处理。方差分析表明,当各处理达到高峰时,CK、60 、90 、120 、150μmol ·L - 1 供铁处理极显著高于0 、30μmol ·L - 1 (p < 0. 01) ,但其5 种处理间差异不显著,表现为90μmol ·L - 1 œ CK œ 120μmol ·L - 1 œ 60μmol·L - 1 œ 150μmol ·L - 1 ,30μmol ·L - 1 供铁处理高于0μmol ·L - 1 ,活性铁含量4～9 月份由高到低为90μmol ·L - 1 œ CK œ 120μmol ·L - 1 œ 60μmol ·L - 1 œ 150μmol ·L - 1 œ 30μmol ·L - 1 œ 0μmol ·L - 1 。

2. 5 　叶绿素及活性铁含量的相关性

表1 为CK油松幼苗针叶叶绿素及活性铁4～9月份间的相关系数。由表1 可知,在75μmol ·L - 1供铁处理下,油松幼苗针叶的活性铁与叶绿素a 、b及总量均呈极著相关,供铁水平可通过影响叶片活性铁含量而直接影响植物的叶绿素含量。

3 　讨论

在本试验的研究中,不同供铁处理下,油松幼苗叶绿素a 、b 、总量及活性铁含量变化规律相似,在一年的4～9 月份内都呈现“低- 高- 低”的变化趋势。这与邱尔发等[8 ] 在毛竹上和韩振芹等在红叶金银木上的研究结果相同。

研究表明,4 月油松新叶刚形成,随着叶片的成熟,叶绿素迅速合成,含量迅猛增加, 8 月份温度升高,叶绿素生物合成大于分解;随之叶片蒸腾速率升高,对铁的吸收增加,导致叶片中活性铁含量增加。通过本试验的研究可以看出,植物叶片活性铁与叶绿素a 、b 及总量均呈极显著正相关。这与范晓云在旱稻上的研究结果一致。这是因为铁直接影响叶绿体构造形成,而叶绿体构造形成是叶绿素合成的先决条件。

本研究还表明,不同处理间叶绿素含量及活性铁含量都存在很大的差异。铁过量或供应不足都能引起叶绿素含量的下降。当Fe2 + 浓度低于30μmol·L - 1 时,对植物就造成了缺铁胁迫,不能满足植物生长的需要,当Fe2 + 浓度高于120μmol ·L - 1时,对植物就造成了铁过量胁迫,也影响了植物的正常生长。植物叶片通过改变叶片中活性铁的含量来影响叶绿素的含量,间接的影响了植物的光合作用,进而影响植物的生长发育。