中国云杉属主要物种光系统Ⅱ热稳定性研究

摘要

光系统Ⅱ（PSⅡ）是植物光合器官对环境变化最敏感的部位之一，它的稳定性决定了植物对光能吸收的能力和电子传递的速率，进而影响植物有机物的积累。全球气候变化带来的温度升高势必会影响植物PSⅡ的稳定性，最终影响植物的生长和生存。因此PSⅡ的结构和功能对增温的响应常用来反映增温对植物的影响。云杉属物种是中国重要的森林建群树种，主要分布于东北高纬度和西部中低纬度的高海拔湿冷地区，对温度变化极为敏感，因此研究增温对云杉属物种PSⅡ的影响具有重要的科学意义。本研究以中国分布的9种主要云杉属物种为研究材料，通过快速叶绿素荧光诱导动力学方法，分析增温对其PSⅡ的影响，揭示其PSⅡ热稳定性的差异及其主要影响因素，最后结合其原生境气候因子了解云杉属物种与其分布区气候间的适应性关系。主要研究结果如下：　　（1）随着温度的升高，不同云杉物种的最大光化学效率（Fv/Fm）、最大荧光（Fm）、活性反应中心数量（RC/CSo）、单位反应中心电子传递能量（ETo/RC）、PQ库异质性指数(Vi)和PQ库大小指数（Sm）均表现出下降趋势；而其基础荧光（Fo）、单位反应中心吸收的能量（ABS/RC）、单位反应中心耗散的能量（DIo/RC）、单位反应中心捕获的能量（TRo/RC）、相对可变荧光（Vj）表现出上升趋势；此外，不同云杉物种的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线随温度升高未出现明显的K点。综上所述，增温主要抑制了叶片PSⅡ反应中心的活性和受体侧电子传递，改变了PSⅡ反应中心能量流动分配，而对云杉属物种PSⅡ供体侧的影响较小。　　（2）随着温度的升高，不同云杉物种间的Fv/Fm降低幅度存在明显差异，表现为不同云杉物种的半致死温度（FT50）不同，说明不同云杉物种的热稳定性不同。长叶云杉具有最高的FT50，热稳定性最高，与之相反红皮云杉的FT50最低，热稳定性最低，其余云杉物种的热稳定性则介于二者之间。进一步分析表明，PSⅡ响应差异主要是由于PSⅡ反应中心RC/CSo、DIo/RC以及受体侧Vj响应差异造成的。此外，FT50与不同云杉属物种原生境年均温呈显著正相关关系，这种表现可能是云杉属植物对原生境环境适应的结果。　　本文研究结果不仅对深刻认识中国云杉属物种对气候变暖的响应有重要意义，而且为筛选优良高抗云杉树种提供理论依据，也为进一步探究云杉属物种与其分布区气候间的适应性进化关系提供了重要的线索。

目录

声明

参数意义

第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 植物光系统Ⅱ对温度升高的响应

1.3 快速叶绿素荧光诱导动力学曲线及其参数

1.4 云杉属植物及其重要性

1.5 科学问题及研究意义

第二章 材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验方法

2.3 数据分析

第三章 实验结果

3.1 云杉属植物叶片光系统Ⅱ稳定性对增温的响应

3.2 云杉属植物不同类群PSⅡ热稳定性差异

第四章 讨论

4.1 光系统Ⅱ供体侧的变化

4.2 光系统Ⅱ受体侧的变化

4.3 光系统Ⅱ反应中心的变化

4.4 环境因子的影响

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录

在学期间的研究成果

致谢