【摘 要】
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植物叶片具有根据不同环境状况调整表型特征的能力,叶片性状对环境的适应能力直接影响植物在气候变化背景下的生存、分布和迁移。红树林生长在热带、亚热带潮间带地区,是由红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的湿地木本植物群落。受全球气候变暖的影响,红树林范围正向高纬度地区扩张,然而关于红树植物叶片性状对不同生长地点温度变异的适应性遗传仍缺乏了解。此外,极端高温事件是造成红树植物死亡的重要原因,如今全球气候变暖
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植物叶片具有根据不同环境状况调整表型特征的能力,叶片性状对环境的适应能力直接影响植物在气候变化背景下的生存、分布和迁移。红树林生长在热带、亚热带潮间带地区,是由红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的湿地木本植物群落。受全球气候变暖的影响,红树林范围正向高纬度地区扩张,然而关于红树植物叶片性状对不同生长地点温度变异的适应性遗传仍缺乏了解。此外,极端高温事件是造成红树植物死亡的重要原因,如今全球气候变暖使高温事件频发,关于红树植物种间及不同种源间对异常高温光合响应的探讨也比较缺乏。为此,本研究以栽培在同质园中的两种红树秋茄和木榄来自于不同纬度的种源幼苗为研究对象,探索了不同纬度种源红树植物叶片结构功能性状对温度的适应性遗传以及光合作用对高温的生理响应。(1)采用同质园法以来自6个不同纬度种群的木榄和5个不同纬度种群的秋茄幼苗为研究对象,测定了叶片解剖结构和光合速率参数,分析了红树幼苗叶片的解剖结构特征、光合能力之间的关系及对种源地温度的适应性遗传。结果发现:木榄幼苗的叶片厚度、栅栏组织厚度与种源地年平均气温呈显著负相关关系,表皮厚度和角质层厚度随年平均气温的升高呈下降的趋势;与木榄幼苗相比,秋茄树幼苗叶片具有较厚的表皮和角质层,较小的气孔密度,各叶片解剖结构未与种源地年平均气温表现出相关性。两种红树不同种源地幼苗的数据合在一起,叶片栅栏组织和海绵组织厚度均与光合速率呈正相关关系,与海绵组织厚度的相关性更强,说明叶肉组织厚度变化对红树光合作用有影响。综上所述,两种红树叶片解剖结构存在差异,对种源地温度的适应遗传有显著区别,木榄植物对长期生长环境形成适应性遗传;秋茄通过建成性的叶片结构特征遗传适应种源地温度;叶片结构的差异引起了红树光合作用发生相应的变化,从而有利于红树在气候变化的背景下得以生存和繁衍。(2)以来自中国广西(较低纬度)和日本冲绳(较高纬度)两个地理种群的耐冷秋茄和耐热木榄幼苗为试验对象,分析两天高温处理对其叶片光合系统特性的影响,测定了叶黄素循环组分和叶绿素a、b含量,并使用Dual-PAM-100系统测定不同处理时期叶片光系统I(PSI)和光系统II(PSII)活性参数。主要研究结果如下:高温处理使PSII最大光化学潜能(Fv/Fm)显著降低,降低幅度表现为较低纬度种群<较高纬度种群、木榄幼苗<秋茄幼苗;P700氧化还原状态(Pm)降低,降低幅度表现为较低纬度种群<较高纬度种群;叶片光化学猝灭系数(NPQ)升高,表现为较低纬度种群>较高纬度种群、木榄幼苗>秋茄幼苗。此外,高温处理期间叶黄素库容量(V+A+Z)和脱环氧化状态(A+Z)/(V+A+Z)升高,表现为低纬度种群>高纬度种群;(A+Z)/(V+A+Z)与Fv/Fm负相关,与NPQ正相关。与其它逆境,比如萨瓦纳和地中海生境相比,红树林有最大的叶黄素库容量。在常温恢复第二天高纬度种源秋茄幼苗Fv/Fm仍为0.69,表明其PSII受到不可逆的损伤,而其余种源幼苗的Fv/Fm均恢复到正常水平,且所有种源幼苗仍保持较高的NPQ以及叶黄素脱环氧化率,起保护作用。本研究表明,低纬度种群对高温胁迫具有较高的适应性,部分原因是叶黄素循环较强的光保护作用;物种之间存在着耐冷和耐热性的权衡。综上所述,本研究在红树植物叶片性状对温度的适应性及其耐热生理机制方面提供了新的见解,对其在未来气候变化背景下的生存、分布和迁移具有重要的参考意义。
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