平流层中的臭氧能够从太阳光中吸收高能紫外线，减缓地球生命受到的紫外线损伤. 但是在距地面15 km范围内的对流层，特别是距地面1~2 km近地层内臭氧，却能对地球上的人类和动植物及其生存环境产生危害^[1]. 近年来，随着化石燃料的大量使用和汽车尾气的排放致使臭氧前体物质排放量显著增加，全球O₃表现出日益明显的增长趋势. 有证据表明北半球中纬度的背景臭氧含量在过去的30年间持续增长，每年大约为0.5%~2%，而20世纪70年代和80年代与90年代相比上升趋势更陡峭，90年代增长相对平稳，相比工业革命前，当前的O₃浓度已经增加了36%. 目前看来全球有接近1/4的国家和地区对流层的O₃浓度已经达到60nL ·L^-1. 北半球每年的夏季臭氧会出现最大值，全球化学传输模型研究表明，对流层臭氧可达344Tg ·a^-1，使用IPCC排放的模型预测的21世纪背景臭氧可能上升到超过国际公认的人类健康和环境标准. 按照当前臭氧的发展趋势，预计到2100年，全球对流层可达80 nL ·L^-1[2].

自20世纪50年代开始，人们已经发现O₃污染对作物和野生植物的可见影响，国内外研究表明O₃超过一定浓度能对植物产生急性和慢性伤害，涉及植物的形态特征、 年轮、 气孔导度、 膜系统和光合作用等方面，例如诱导植物叶片气孔关闭，阻碍CO₂的吸收，减少植物体叶绿素含量，使叶片黄化，破坏光合组织，加速叶片衰老，影响光合作用效率，矮化植株，改变细胞膜透性，影响细胞内的抗氧化系统等^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]}. 随着全球臭氧浓度的增加以及污染范围的扩大，臭氧污染问题已经成为许多研究者和公众关注的焦点，O₃直接导致了北美和欧洲森林生产力的降低，比较悲观的预估是到2100年将有接近50%的北半球森林受到O₃威胁^[11]. 光合作用作为植物物质循环和能量转换的基础，同时也是对O₃最敏感的生理过程之一，容易受到环境条件和内部因素的影响，国内目前已陆续开展了O₃胁迫对水稻(Oryza sativa)、 小麦(Triticum aestivum)、 油菜(Brassica chinensis)、 大豆(Glycine max)、 银杏(Ginkgo biloba)、 蒙古栎(Quercus mongolica)和四季竹(Oligostachyum lubricum)等植物光合生理的研究^{[5, 12, 13, 14, 15, 16]}. 光合速率反映了一定外界条件下植物的光合能力，O₃的强氧化性能导致高浓度O₃环境中植物的光合速率下降，光合作用受到抑制. 白月明等^[17]利用OTC实验研究发现植物叶片的光合速率及变化幅度随O₃浓度增加而降低，但O₃对植物光合速率的影响与植物种类有较大关系. 此外，研究人员对O₃处理下植物光合速率下降的原因进行了探究，长时间高浓度O₃处理促使植物CO₂同化率降低，可能是由于气孔导度的相对降低限制了CO₂和H₂O的进入植物体内，光合速率下调^[18]，光合速率降低的原因被归纳为两类： 气孔和非气孔限制因素^[19,20]. 目前国内臭氧对植物光合生理的影响研究主要以农作物为主^[21,22]，少有对树木尤其是南方树木光合生理影响的报道，且缺乏实验期间的连续测定，对其动态变化情况并不清楚. 楠木是我国南方地区天然分布的常见珍贵树种，研究其臭氧敏感性具有一定的现实意义. 本研究以江西泰和县灌溪镇的千烟洲试验站为实验基地，选取5种当地楠木： 刨花楠、 桢楠、 闽楠、 宜昌楠和红楠的幼苗为供试植物，进行臭氧暴露开顶式熏气实验，测定以净光合速率(P_n)和气孔导度(Cond)两种气体交换参数为主，从光合特性角度揭示森林树种对O₃胁迫的响应，鉴定不同楠木的臭氧敏感特性，并对其作用机制进行初步探究，以期在臭氧损害的鉴定指标、 指示物种以及指导生态系统管理实践等方面提供一定的依据和参考. 1 材料与方法 1.1 实验区及供试材料

本实验地点是位于江西泰和县的中国科学院千烟洲试验站(115°04′13″E，26°44′48″N)，地处中亚热带常绿阔叶林区，具亚热带季风气候特征，属赣江中游典型红壤丘陵区，生态系统为典型的亚热带森林生态系统. 海拔为100 m左右，温暖湿润，四季分明，年均温17.9℃，年日照时数1406 h，日照百分率约为32%，太阳年总辐射量4349 MJ ·m^-2； 无霜期323 d，年均降水量1489 mm. 供试植物为当地常见的人工林树种： 刨花楠、 桢楠、 闽楠、 宜昌楠和红楠的容器苗. 1.2 实验仪器与装置

用于测定气体交换的Li-6400便携式光合测定仪(美国LI-COR公司)，以及自制的不锈钢管和无色透明钢化玻璃构建的开顶式气室(OTCs)，主要由框架、 室壁、 通风系统及布气系统、 过滤系统、 O₃发生系统、 O₃浓度控制系统、 气室内O₃浓度自动采集监测系统组成，气室顶部安装雾化喷嘴进行高压喷雾，以保证浇水均匀并起到对气室降温的作用. 其中臭氧发生系统利用臭氧发生器作为气源，采用的是济南三康环保公司的放电型发生器，通过将纯氧通入高频放电单元而产生臭氧； 生出的臭氧通过分支管，用转子流量计控制其流量，配置不同的浓度，再借助风机送入气室. 1.3 实验设计

每个OTC内共放25个控根容器，均匀放置5种供试植物，每种植物设5个重复. 实验共设置4个不同的O₃浓度水平，对每个OTC进行一种臭氧熏气处理，每个处理以OTC为单元设3次重复，共12个OTC. 如表 1，分别为： 对照组CK(不通O₃的自然大气)，即低浓度的O₃处理组1(O₃体积分数为80×10^-9±10×10^-9)、 O₃处理组2(140×10^-9±10×10^-9)、 O₃处理组3(浓度为200×10^-9±10×10^-9). 2013年8月21日将容器苗移入控根育苗容器，培育一个月后，选择相对一致的健康盆栽苗移入OTC中，缓苗一段时间. 10月1日，开始适应性熏气4 d，正式监测发生在10月6日~11月2日，下雨天停止熏气，O₃熏气时间为每天09：00~17：00，阴雨天气停止熏气，测定相应指标. 整个处理期间水肥适宜、 除臭氧外其他环境条件保持一致.

表 1(Table 1)

表 1 处理组和对照组的臭氧梯度设置 Table 1 Ozone gradients of treatment groups and the control group OTCs处理组 臭氧浓度 对照组 自然空气 处理1组 70×10-9~90×10-9 处理2组 130×10-9~150×10-9 处理3组 190×10-9~210×10-9

表 1 处理组和对照组的臭氧梯度设置 Table 1 Ozone gradients of treatment groups and the control group

实验期间选择晴天上午对5种植株采用Li-6400光合仪在控光条件下测定(选择植株上部生长状况良好、 长势一致、 光照均一的全展叶片同一叶位测定，每个OTC中同种楠木选定3～5盆，每株测定3～5片叶子，每片叶读取9～15个观测值，取其平均值作为测定值)，设定叶室内温度25℃，光强1000 μmol ·(m² ·s)^-1，由外接的5 L缓冲瓶维持测定期间CO₂浓度的稳定，测定净光合速率[P_n，μmol ·(m² ·s)^-1]，气孔导度[Cond，mol ·(m² ·s)^-1]，蒸腾速率[T_r，mmol ·(m² ·s)^-1]，该系统同时记录的数据还有当时的空气CO₂浓度、 空气温度、 叶片温度、 相对湿度和光合有效辐射等环境因子.

1.5 数据处理与统计

应用GraphPad Prism 5.0和SPSS 16.0软件对实验数据进行统计分析和作图，数据用均值加减±标准差表示.

2 结果与讨论 2.1 净光合速率变化特征及统计分析

本实验通过设置不同的臭氧浓度，增加测量频率，进一步细化光合作用的动态变化过程. 统计分析结果如图 1~3和表 2所示，发现了不同楠木光合作用对臭氧的响应特征.

图 1

Fig. 1

图 1 不同楠木的Pn变化趋势 Fig. 1 Photosynthetic rate variations of tested plants

图 2

Fig. 2

图中不同小写字母表示差异显著(显著性水平见表 2)，下同 图 2 不同臭氧处理对植物Pn峰值的影响 Fig. 2 Effects of ozone on the peak of Pn

图 3

Fig. 3

图 3 不同臭氧处理对植物Pn终值的影响 Fig. 3 Effects of ozone on the terminal value of Pn

表 2(Table 2)

表 2 不同臭氧处理对植物Pn、 Cond、 Tr峰值和终值的影响 1) Table 2 Effects of ozone on the peak and terminal value of Pn,Cond and Tr 项目 Pn峰值 Pn终值 Cond峰值 Cond终值 Tr峰值 Tr终值 刨花楠对照组 4.64±0.55a 3.36±0.13a 0.046±0.004a 0.037±0.004a 1.28±0.09a 0.80±0.06a 刨花楠处理组1 5.49±0.73a 3.09±0.32a 0.069±0.0109b* 0.061±0.005b ** 1.73±0.21b* 1.14±0.08b ** 刨花楠处理组2 7.51±1.21a 4.09±0.27b* 0.064±0.008b 0.042±0.009ab 1.53±0.19ab 0.94±0.12ab 刨花楠处理组3 5.77±0.56a 3.47±0.25ab 0.079±0.007b *** 0.065±0.005 b 1.96±0.14b *** 1.19±0.09b** 桢楠对照组 5.81±0.59a 4.09±0.40a 0.037±0.004a 0.037±0.004a 0.91±0.12a 0.80±0.07a 桢楠处理组1 6.02±0.62a 2.56±0.46ab 0.045±0.003a 0.045±0.003a 0.84±0.11a 0.89±0.05a 桢楠处理组2 7.85±1.06a 3.91±0.43a 0.043±0.004a 0.043±0.004a 0.92±0.12a 0.81±0.06a 桢楠处理组3 5.37±0.63a 1.56±0.46b* 0.04±0.0002a 0.04±0.0002a 0.86±0.08a 0.99±0.05a 闽楠对照组 5.64±0.95a 3.16±0.21a 0.042±0.002a 0.026±0.002a 0.66±0.06a 0.59±0.05a 闽楠处理组1 6.62±0.43a 2.88±0.52a 0.023±0.002b *** 0.048±0.004b ** 1.23±0.15b ** 0.93±0.08b ** 闽楠处理组2 7.02±0.49a 3.14±0.83a 0.022±0.003b ** 0.034±0.004a 0.81±0.08a 0.59±0.09ab 闽楠处理组3 6.25±0.47a 2.62±0.30a 0.013±0.003c *** 0.042±0.003b ** 0.84±0.11ab 0.77±0.05b* 宜昌楠对照组 4.38±0.28a 2.61±0.12a 0.044±0.002a 0.055±0.004a 1.26±0.11a 1.18±0.08a 宜昌楠处理组1 4.73±0.61ab 1.26±0.34b ** 0.012±0.001b *** 0.042±0.002b* 1.04±0.11a 0.85±0.04b ** 宜昌楠处理组2 5.21±0.72ab -0.29±0.15c *** 0.019±0.002b *** 0.036±0.004b* 0.65±0.07b*** 0.70±0.08b ** 宜昌楠处理组3 6.17±0.44b* 0.38±0.19bc *** 0.028±0.004b ** 0.044±0.003b 1.01±0.06a 1.00±0.05a 红楠对照组 5.77±0.53a 4.60±0.83a 0.047±0.006a 0.041±0.006a 1.17±0.07a 0.86±0.12a 红楠处理组1 7.69±0.36b* 4.40±0.62a 0.026±0.001b ** 0.048±0.003a 1.49±0.12b* 0.95±0.04a 红楠处理组2 8.94±0.56b* 5.24±0.77a 0.026±0.003b* 0.046±0.008a 1.56±0.27ab 0.87±0.14a 红楠处理组3 9.34±0.71b* 3.90±0.62a 0.030±0.002b* 0.036±0.005a 1.06±0.09a 0.77±0.14a 1)***表示P＜0.001，**表示P＜0.01，*表示P＜0.05

表 2 不同臭氧处理对植物Pn、 Cond、 Tr峰值和终值的影响 1) Table 2 Effects of ozone on the peak and terminal value of Pn,Cond and Tr

图 1中的第0 d是测定的初始时间(即10月6日，下同)，除对照组外，总体来看实验期间刨花楠的光合速率(即净光合速率，下同)是随时间波动式下降的，对照组与处理1、 2和3组的光合速率变化趋势差异较大，10月对照OTC的刨花楠光合速率经过短暂的降低后呈上升趋势，进入10月底及11月初下降. 而处理1、 2、 3组的刨花楠在熏气初始时期短暂的增加，各熏气组的峰值均出现在10月10日(熏气第10d)，处理1、 2、 3组刨花楠光合速率峰值分别高于对照18%、 62%和24%，但未达显著水平(P＞0.05，图 2)，而对照组的峰值出现在10月30日，随后下降. 在初始熏气10 d左右时，臭氧对刨花楠P_n具有一定促进作用，随着熏气的持续，尤其在对照组的P_n明显增加的时间段，抑制作用逐渐占主导. 而进入10月底11月初(11月生长季将要结束)熏气处理结束时，各组的光合速率都降到最低，最终值未达显著差异(图 3和表 2).

桢楠的光合速率随时间逐渐降低，10月中上旬对照组桢楠光合速率略呈上升趋势，各处理组的峰值也出现在10月10日，10月下旬开始下降，桢楠各处理组的整体变化趋势与刨花楠相似. 熏气初期处理1、 2、 3组桢楠P_n短暂增加，10月10日(即熏气第10 d)出现峰值时，处理1、 2组的峰值分别高于对照4%、 35%，差异不显著(P＞0.05)，在这个阶段只有高浓度处理3组的桢楠P_n最低，受到抑制，但未达显著水平(P＞0.05). 实验中后期P_n一直下降直到熏气结束，此时对照组的P_n最高，熏气结束时，与对照相比处理组1、 2、 3光合速率分别降低了38%、 5%和62%，浓度最高的处理组3降低最明显，达到显著水平(P＜0.05)，同时2、 3处理之间差异显著(P＜0.05). 认为臭氧熏气在实验初期对桢楠的光合作用有短暂的促进，之后随着熏气的持续，臭氧对光合的抑制作用逐渐显现，而且浓度越高的组抑制作用越强(图 1~3和表 2).

闽楠对照组与处理1、 2组的光合速率变化趋势总体一致，同刨花楠和桢楠相同的是均于10月10日各组出现峰值，且处理1、 2、 3均比对照高，但差异不显著(P＞0.05)，后期P_n值呈波浪式的下降，处理3组的闽楠在熏气初期增加到峰值后一直下降直到熏气结束并在此时出现最小值. 相比对照组，一定浓度和时间范围内的臭氧处理对闽楠的光合有一定促进作用，处理1组的闽楠P_n值在整个熏气期间一直高于对照，处理2的也高于或接近对照组，只有高浓度处理3组的闽楠P_n相比对照组明显下降，熏气结束时达到17%(P＞0.05)，而处理1和2对其光合作用反而有促进效果(图 1~3和表 2).

与上述3种植物相似的是宜昌楠在实验初期P_n有短暂的上升，随后处理各组的P_n降低且变化趋势基本一致，而对照组的宜昌楠在10月底之前一直比较平稳，且也在 10月10日出现峰值，此时处理组的P_n均高于对照，随着熏气的持续积累，抑制效应则逐渐明显，尤其是在对照组的光合作用随着季节变化明显增强的时间段，宜昌楠处理组的P_n反而迅速减小. 虽然实验前期臭氧对宜昌楠的光合有所促进，但实验后期对照组整体高于处理组，各组P_n最小值都出现在熏气即将结束时，最终处理1、 2、 3分别比对照降低52%(P＜0.01)、 123%(P＜0.001)、 85%(P＜0.001)，均达极显著水平，中高浓度的臭氧处理降低幅度更大，因此臭氧对宜昌楠的光合作用有明显的抑制效果(图 1~3和表 2).

红楠与其他植物表现出相似的特征，熏气初期P_n增加，10月10日出现峰值，与对照组相比处理1、 2、 3组分别显著升高33%、 55%、 62%(P＜0.05)，实验前期臭氧浓度越高的组表现出对光合的促进作用越强，达到一定的积累时间后，促进效果开始减弱，逐渐接近对照组，处理3组红楠在熏气20d时开始出现抑制，可能是由于处理3的臭氧浓度超过了红楠的伤害阈值. 因此臭氧熏气在短期内对红楠的光合作用有促进效果，但随着熏气的持续，不同的臭氧浓度会对光合作用体现出不同的效果，促进或是抑制与具体的臭氧浓度有关，而在处理1和处理2的浓度下的熏气期间，臭氧对红楠主要为促进光合作用，就光合作用来看，与其他4种植物相比，红楠的抗性最强，可初步认定为臭氧抗性植物(图 1~3和表 2).

叶是植物进行光合作用的重要组织，也是其水分和营养积累的重要场所. 臭氧环境中叶片是臭氧胁迫最重要的感应器，在造成可见叶片伤害的同时会引起叶片内光合作用的变化. 光合作用是植物最基本的生理过程，同时也是对外界环境比较敏感的重要生理过程. 光合速率反映了在一定光强、 温度和水分条件下植物的光合能力^{[11, 20, 21]}. 以往的研究中，大量实验证实强氧化性导致高浓度O₃环境中植物的光合作用受到抑制、 光合速率下降^{[1, 4, 13, 14, 22, 23, 24]}，但多是基于短期的熏气实验或者较长期研究的某次结果得出的结论，不具有代表性，缺乏连续测定值检验该结论的可靠性，也不能确定植物在实验期间的动态变化过程. 本研究发现臭氧对光合作用并非一味的抑制作用，是随熏气浓度、 处理时间、 季节因素以及植物种类而动态变化. 臭氧暴露对不同楠木起到不同的作用，对刨花楠、 桢楠和宜昌楠表现出先促进后抑制的过程，随着熏气时间的延长，这种作用逐渐趋于明显，最终P_n减小的程度均达到显著水平或极显著水平； 臭氧对闽楠光合作用的影响则与浓度相关，低浓度处理组表现出促进作用，高浓度的表现为抑制作用； 而实验期间臭氧对红楠主要为促进作用，但是高浓度的处理3组在后期对红楠也表现出明显的抑制作用. 因此认为臭氧不仅可以抑制光合，一定浓度范围和积累时间内的臭氧也能产生明显的促进作用，但存在一个阈值，超过这个值后即使是对臭氧具有一定抗性的植物也会受到抑制，比如红楠和闽楠，红楠在P_n峰值处显著高于对照，臭氧对红楠的促进作用比闽楠更强，但两者的促进作用都会随着熏气时间的累积而减弱，最终P_n与对照组差距逐渐减小，甚至在结束时已无显著差异. 根据方差分析结果(图 2、 3，表 2)，与对照相比，刨花楠、 桢楠和闽楠各臭氧处理组的P_n峰值无显著变化(P＞0.05)，中低臭氧处理使红楠的P_n峰值分别显著升高(P＜0.05)，臭氧对植物的峰值影响显著的并不多，大多对P_n终值影响显著. 并非臭氧浓度越高抑制越明显，短期内臭氧暴露可以促进大多数实验植物的P_n达到最大值，多数情况下该值(峰值)甚至都高于对照组的楠木，短期内低、 中浓度的臭氧处理不仅没有使各植物的光合作用减弱，反而使其光合作用明显增强如宜昌楠和红楠； 根据净光合速率的变化趋势(图 1)还发现，楠木对照组和处理组的P_n峰值出现时间不一致，一般而言臭氧处理组在10月10日(熏气第10 d)出现峰值，而对照组的峰值出现于10月中下旬，因此臭氧使楠木P_n峰值提前到来. 另外，各组P_n最小值都出现在熏气结束时(11月初)，除了臭氧胁迫的因素外，根据对照组的趋势(图 1)，还可能与当地的生长季即将结束有关. 2.2 气孔导度变化趋势及相关统计分析

ΔCond表示各臭氧处理组与对照组气孔导度之差，ΔCond＞0表示臭氧处理组的气孔导度值大于对照组. 由图 4可看出，除宜昌楠外各组Cond变化较为一致，相比对照均表现出先增大、 减小又变大的趋势. 臭氧迫使刨花楠的气孔导度增加，中间出现过气孔导度减小的阶段，对气孔导度峰值和终值进行方差分析(图 5、 6，表 2)，发现10月10日，处理1、 2、 3分别比对照的气孔导度提高了50%(P＜0.05)、 39%(P＜0.05)、 83%(P＜0.001)，终值分别提高了64%(P＜0.05)、 13%(P＞0.05)、 76%(P＜0.05). 桢楠的ΔCond与刨花楠变化趋势相似，实验初期臭氧使其气孔导度先增加，中期气孔导度减小，最终处理1、 2、 3组的臭氧迫使桢楠的气孔导度提高了21%(P＞0.05)、 16%(P＞0.05)、 9%(P＞0.05)，因此认为臭氧促进桢楠气孔导度增加的效果并不明显. 闽楠与桢楠、 刨花楠的ΔCond变化趋势有所不同，实验前期和中期的气孔导度降低效果比较明显，10月20日左右达到最小值，处理1、 2、 3分别比对照降低45%(P＜0.001)、 48%(P＜0.01)、 69%(P＜0.001)，均达到极显著水平，高浓度的臭氧作用最强，且1、 2处理和3之间存在显著差异. 到11月初时闽楠气孔导度有所增加，处理1、 2、 3组的臭氧迫使闽楠气孔导度提高了88%(P＜0.01)、 31%(P＞0.05)、 62%(P＜0.01)，且处理1、 2间差异显著，但整体上看臭氧主要迫使闽楠气孔导度降低； 对于宜昌楠，除了处理3的植物在前期有短暂的增加外，一直表现为气孔导度降低，10月20日达到最低值，处理1、 2、 3分别比对照降低均55%(P＜0.001)、 57%(P＜0.001)、 35%(P＜0.01)，达到极显著水平，而终值降低也分别达到24%、 35%、 20%(P＜0.05)，总体看来臭氧主要促使宜昌楠的气孔导度降低，但并非浓度最高的臭氧降低效果最强. 红楠的ΔCond变化特征与刨花楠趋势相似(处理3除外)，处理3主要使气孔导度降低，处理1、 2则提高气孔导度，最终中低浓度的臭氧处理使得红楠气孔导度增加，高浓度的促使气孔导度减小，但均未达到显著水平(P＞0.05). 植物的气孔导度一般都是先增加、 降低、 再增加(宜昌楠除外，先增加，后降低)，这与大多数高浓度O₃环境下植物通常气孔导度较低或升高^[18]的研究结果并不一致，而是随着熏气时间有所变化的，而且发现气孔导度的峰值和光合速率的峰值出现时期并不相同，不同植物气孔导度的峰值时间也不相同.

图 4

Fig. 4

图 4 不同楠木ΔCond随时间的变化 Fig. 4 ΔCond variation of tested plants

图 5

Fig. 5

图 5 不同臭氧处理对植物Cond峰值的影响 Fig. 5 Effects of ozone on the peak of Cond

图 6

Fig. 6

图 6 不同臭氧处理对植物Cond终值的影响 Fig. 6 Effects of ozone on the terminal value of Cond

研究表明控制着呼吸、 光合、 蒸腾等生理过程的气孔是植物与外界进行气体交换的通道，具有一定的可塑性，高浓度O₃可能会影响气孔的开闭，影响气孔导度的大小^{[25, 26, 27]}，并对植物的生长和发育产生一定的影响. 高浓度O₃环境下植物通常气孔导度较低. 但也有研究表明，敏感性不同的植物其气孔导度对O₃的反应并不同. Davison等^[12]研究发现，几乎所有车前草(Plantain herb)种群的气孔导度在O₃熏气的开始几个小时均减小，这种表现更明显的是某些对O₃敏感的种群，但气孔导度降低效应随处理时间的延长而越发不明显，且敏感种群的改变相对更大. Hassan等^[28]设置不同的臭氧梯度，结果发现高O₃浓度显著降低了萝卜(Raphanus sativus)和芜菁(Brassica rape)的光合速率，但提高了二者的气孔导度，而且萝卜的光合速率随O₃浓度增加而下降，而气孔导度却随之升高. 虽然大多数的研究得出的结论都是O₃促使气孔导度减小、 阻力增加，但也存在少数相反的观点. 认为一定条件下的O₃可以促使植物的气孔张开，保卫细胞和副卫细胞的膨压控制着气孔的开关反应，当气孔导度达到一定程度后气孔阻力变小，O₃进入叶片的主要因素则变成其他阻力，此时O₃吸入量则不再主要受气孔导度大小的影响^{[29, 30, 31]}. 本研究结果也发现，对O₃敏感性不同的其气孔导度对O₃的反应并不相同，且有一个动态变化的过程，臭氧使得大部分植物气孔导度先增加、 减小最后再增大. 2.3 净光合速率和气孔导度的关系

研究表明植物叶片O₃的吸入量与气孔导度大小呈正比，气孔导度越大，O₃吸入量越大，气孔导度与植物受害程度之间呈正比，植物O₃敏感性的不同一定程度上归因于气孔导度的差异^{[16, 17, 18, 19, 20, 21]}. 对臭氧比较敏感，对净光合速率和气孔导度进行相关分析，得到结果如图 7~11和表 3所示.

图 7

Fig. 7

图 7 刨花楠各O3处理组Pn和Cond的相关性 Fig. 7 Correlation between Pn and Cond of Machilus pauhoi treated with ozone

表 3(Table 3)

表 3 Pn、 Tr与Cond之间的相关系数 1) Table 3 Correlation coefficient among Pn,Tr and Cond 变量组别 Pn Tr 对照 0.68*** 0.918*** 刨花楠Cond 处理1 0.135 0.926*** 处理2 0.46** 0.935*** 处理3 0.215 0.952*** 对照 0.698*** 0.937*** 桢楠Cond 处理1 0.022 0.843*** 处理2 0.47*** 0.913*** 处理3 0.239 0.952*** 对照 0.655*** 0.894*** 闽楠Cond 处理1 0.072 0.801*** 处理2 0.498*** 0.918*** 处理3 0.256 0.853*** 对照 0.104 0.853*** 宜昌楠Cond 处理1 -0.176 0.852*** 处理2 0.333* 0.888*** 处理3 -0.035 0.908*** 对照 0.729*** 0.937*** 红楠Cond 处理1 0.261 0.923*** 处理2 0.462*** 0.923*** 处理3 -0.07 0.843*** 1)表中数据为相关性分析的相关系数，其中***表示P＜0.001，**表示P＜0.01，*表示P＜0.05

表 3 Pn、 Tr与Cond之间的相关系数 1) Table 3 Correlation coefficient among Pn,Tr and Cond

刨花楠对照组的P_n和Cond极显著正相关(r=0.68^***，P<0.001)，P_n随着气孔导度的增加而增加，处理组1、 3的P_n和Cond值无相关性(P＞0.05)，处理2的P_n和Cond值相关性很低(r=0.46^***，P<0.001)，各臭氧处理组的刨花楠在气孔导度达到一定的程度后甚至随Cond的增加P_n表现出稳或降低的趋势，因此臭氧熏气改变了刨花楠P_n和Cond之间的正相关关系(图 7和表 3).

如图 8和表 3所示，跟刨花楠相似，桢楠对照组的P_n和Cond值中度相关(r=0.70^***，P<0.001)，达到极显著水平，处理组1、 3的P_n和Cond无相关性(P＞0.05)，处理2的P_n和Cond相关性不明显(r=0.47^***，P<0.001)，4个实验组中只有对照组的P_n和Cond显著正相关，P_n随着气孔导度的增加而增加，臭氧熏气组均没有明显的正相关关系，因此臭氧暴露也改变了桢楠P_n和Cond之间的正相关关系，且气孔导度达到一定的程度后P_n不再随Cond的增加而增加.

图 8

Fig. 8

图 8 桢楠各O3处理组Pn和Cond相关性 Fig. 8 Correlation between Pn and Cond of Lindera setchuenensis treated with ozone

闽楠对照组的P_n和Cond中度正相关(r=0.65^***，P<0.001)，达到极显著水平，处理组1和处理3的P_n和Cond值无相关性(P＞0.05)，处理2的P_n和Cond值低度相关(P<0.0001)，与刨花楠和桢楠相似，4个实验组中只有对照组的P_n和Cond显著正相关，臭氧熏气组均没有明显的正相关关系，气孔导度达到一定的程度后P_n甚至随Cond的增加表现出稳定或降低的趋势，臭氧熏气改变了闽楠的P_n和Cond之间的正相关关系(图 9和表 3).

图 9

Fig. 9

图 9 闽楠各O3处理组Pn和Cond相关性 Fig. 9 Correlation between Pn and Cond of Phoebe bournei treated with ozone

与其它植物不同的是，宜昌楠对照组的P_n和Cond无相关性(P＞0.05)，因此宜昌楠本身的光合速率与气孔导度关系不大，并且处理1和3的r＜0(P＞0.05)，所有实验组之间的气孔导度和光合作用之间的相关关系不明显或表现为负(图 10和表 3)，即气孔导度本身并非宜昌楠光合速率的控制因素，因此气孔导度的改变可能并不会直接影响光合速率的大小，光合速率下降可能归因于其他方面，需要进一步深入研究.

图 10

Fig. 10

图 10 宜昌楠各O3处理组的Pn和Cond相关性 Fig. 10 Correlation between Pn and Cond of Phoebe chekiangensis treated with ozone

与除宜昌楠的其他3种植物相似，红楠对照组的P_n和Cond极显著正相关(r=0.73^***，P<0.001，图 11)，处理组1、 和3的P_n和Cond值无相关性(P＞0.05)，且处理3的r＜0，处理组2相关性很低(P<0.001)，4个处理组中只有对照组的P_n和Cond显著正相关，P_n随着气孔导度的增加而增加，臭氧处理改变了刨花楠的P_n和Cond之间的正相关关系，熏气组均没有明显的正相关关系.

图 11

Fig. 11

图 11 红楠各O3处理组的 Pn和Cond相关性 Fig. 11 Correlation between Pn and Cond of Machilus thunbergii treated with ozone

因此臭氧浓度越高时，刨花楠的气孔导度越大，光合作用越受抑制； 对于桢楠和闽楠，臭氧浓度越高，气孔导度相对越低，光合作用越受抑制； 臭氧使宜昌楠气孔导度降低，光合作用也受抑制，但并非臭氧浓度越高的组气孔导度越低，光合作用受到的抑制越强，甚至在P_n峰值时期，臭氧浓度越高的组光合作用相对是最强的. 低浓度的臭氧能促进红楠气孔开度增大，光合作用增强，而超过一定浓度和积累时间则会使其气孔导度变小，光合速率降低. 因此，臭氧的促进或者抑制作用是会随臭氧浓度和熏气积累的时间发生变化的，与植物种类有关.

3 结论

(1)结合臭氧对净光合速率和气孔导度的作用，5种供试植物的O₃敏感性不同，其P_n和Cond表现出对臭氧胁迫的不同响应. 桢楠臭氧处理组的Cond比对照组低，P_n也低； 刨花楠和宜昌楠P_n相比对照均是先升高后降低，但这两种植物的Cond变化则不同，刨花楠的Cond先降低后增加，证明气孔开度减小时，光合作用加强，Cond增大时，光合作用反而受抑制，而宜昌楠则是气孔开度变大时光合作用增强，降低时光合减弱； 臭氧暴露对闽楠和红楠的影响比较相似，对二者的光合作用主要表现为促进效应，该效应受处理浓度和积累时间的影响，中、 低臭氧会使其光合作用一直加强，而高浓度的臭氧暴露则不同，处理前期两种楠木的P_n也增加，到后期会变成抑制作用，而中低浓度的处理对红楠的气孔导度主要为促进作用，证明二者的气孔导度增加会引起P_n增加，不同的是红楠的气孔导度增加，而闽楠气孔导度降低.

(2)臭氧对光合作用并只有抑制效果，而是随臭氧浓度、 处理时间及季节因素的改变呈动态变化，也并非臭氧浓度越高抑制越明显，短期内臭氧暴露甚至可以促进大多数供试植物的P_n增加到最大，其峰值高于(或接近)对照植物，臭氧对刨花楠、 桢楠和宜昌楠刚开始有短暂的促进效果，中后期主要表现为抑制作用，臭氧浓度越高的，抑制作用越明显，随着熏气过程的持续，该作用也更加明显； 臭氧浓度越大的组受到的影响越大； 而低、 中浓度的臭氧处理不仅没有使闽楠和红楠的P_n降低，反而使其光合作用明显增强，因此一定浓度和积累时间内的臭氧能对闽楠和红楠产生明显的促进作用，超过一定范围后即使是对臭氧具有一定抗性的植物也会受到抑制，红楠和闽楠在峰值处的P_n显著高于对照，但是两者的促进作用都会随着熏气时间的延长而减弱，与对照组的差距逐渐缩小，前期(熏气10 d)臭氧对红楠的光合作用有显著地促进，20 d后作用减弱，终值与对照已无显著差异； 此外，臭氧能够促使植物P_n峰值出现的时间提前.

(3)实验发现多数植物(宜昌楠除外)对照组的净光合速率与气孔导度存在显著的正相关关系，而臭氧处理破坏了这种相关关系，臭氧处理下各组植物的Cond与P_n之间不再具有相关性，但Cond和T_r之间的正相关关系并未受影响. 不能对P_n降低的原因笼统地用气孔导度的增大或者减小进行解释，光合作用减弱还可能是由非气孔限制因素导致的. 而宜昌楠的两个指标之间并未发现存在这种相关性，本实验还无法得出确切结论，需要进一步的研究探索这种相关性在不同植物中是否具有普遍性.

(4)对5种植物的臭氧敏感性进行综合分析，从光合特性角度发现臭氧抗性最强的是红楠，其次闽楠，比较敏感的是宜昌楠、 刨花楠和桢楠； 臭氧暴露下Cond增加的植物一般其光合作用受到抑制，如刨花楠和桢楠，而对于抗性较强的如红楠，则取决于臭氧浓度和熏气时间，中低浓度的处理会导致Cond增加，光合作用增强，但高浓度处理达到一定时间后光合作用则会受到抑制. 因此较敏感的植物多数情况下在臭氧暴露下气孔导度是增加的，气孔导度减小则能够在一定程度上保护植物缓解臭氧伤害，但不能单从气孔导度的变化来判断植物的臭氧敏感性，需要综合分析.