东北红豆杉幼树和幼苗光合生理适应性研究

来源 :东北林业大学 | 被引量 : 19次 | 上传用户:szscan
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光是植物生长发育最为重要的生态因子之一,光合作用是植物最基本的生命活动,其他一切生命活动都源于光合作用。适量的光有利于植物的代谢和有机质合成,过量的光则对植物光合作用不利,可导致光抑制乃至严重的光伤害致植物死亡。东北红豆杉(Taxus cuspidata)是我国东北分布的珍贵第三纪孑遗树种、国家Ⅰ级重点保护的野生濒危植物种类,对生境条件要求高。野外和人工条件下,东北红豆杉幼苗都喜阴忌晒,只能生长在遮阴条件下,强光刺激,会使其叶片会变色,最终死亡,而15年以上的东北红豆杉即使放置在全光下,也可以正常生长。因此,了解东北红豆杉幼树和幼苗对光的生理适应性意义重大。本文对于东北红豆杉幼树和幼苗光合特性及对光的生理适应性进行了研究,同时对东北红豆杉幼树和幼苗光保护机制差异做了对比,以及光呼吸和叶黄素循环在光保护中的作用。结果表明:研究了不同光强环境对东北红豆杉幼苗叶片光合特性影响,其中,一层遮阴和自然光处理的东北红豆杉幼苗光合能力较强,净光合速率和光饱和点较高。一层遮阴和自然光处理的东北红豆杉幼苗光饱和点在1000μmol·m-2·s-1,而二层和三层遮阴处理东北红豆杉幼苗光饱和点在600μmol·m-2·s-1.不同光环境下生长的东北红豆杉幼苗光合速率日变化进程均表现出双峰曲线,其中一层遮阴和自然光下生长的东北红豆杉幼苗“光合午休”现象明显。自然光、二层和三层遮阴下生长的东北红豆杉幼苗叶片淀粉含量和总糖含量有所下降。研究了不同光环境对东北红豆杉幼苗叶片荧光参数的影响。结果表明,自然光下生长的东北红豆杉幼苗叶片最大光化学效率(Fv/Fm)降低,表明较高的光强对叶片产生光抑制,同时PSⅡ光化学效率(ΦPSⅡ)也表现出降低。二层和三层遮阴条件下,东北红豆杉幼苗Fv/Fm和ΦPSⅡ有所增加,表明弱光环境有利于增加PSⅡ的光化学效率。同时研究表明,自然光和一层遮阴下生长的东北红豆杉幼苗叶片随着光强的增加,其天线色素热耗散(NPQ)也有明显增加,这是植物对强光的一种光保护机制。对东北红豆杉幼苗叶绿素含量、活性氧代谢和抗氧化酶活性的研究结果表明:自然光和一层遮阴下,东北红豆杉幼苗单位质量总叶绿素含量低于二层和三层遮阴条件下生长的东北红豆杉幼苗叶片,但自然光和一层遮阴叶片叶绿素a/b值较二层和三层遮阴叶片高。自然光下生长的东北红豆杉幼苗叶片丙二醛(MDA)含量最高,并且O2-·产生速率和H202含量都高于其他三个光环境下生长的东北红豆杉幼苗叶片。但总抗氧活性一层遮阴处理最高,其中自然光和一层遮阴东北红豆杉幼苗叶片SOD和POD活性较高,而二层和三层遮阴CAT活性较高。可以看出,虽然自然光处理的东北红豆杉幼苗叶片具有较高的光合能力和热好散能力,并且抗氧化酶活性较高,但是O2-·产生速率仍然较高积累了大量的H202,对细胞质膜破坏程度较多,说明强光下东北红豆杉幼苗叶片过剩的激发能较多。而弱光环境下由于光合能力变弱和光强较弱,不能积累较多的有机物质。研究了生长在弱光和自然光环境下东北红豆杉幼树叶片光合及生理适应性。结果表明:遮阴条件下生长的东北红豆杉幼树具有较高的叶绿素含量,有助于光能的捕获;自然光下生长的东北红豆杉叶片具有较高的叶绿素a/b和叶绿素/类胡萝卜素Chl/Car比值。虽然遮阴的东北红豆杉幼树叶片叶绿素含量高,但是其最大光合速率、光饱和点羧化效率和CO2饱和点都低于自然光生长的东北红豆杉幼树叶片。光强由弱光转换强光时,弱光叶片和自然光叶片实际光化学效率(ΦPSⅡ)、电子传递速率(ETR)和非光化学猝灭(NPQ)有明显差异。随光强的增加遮阴叶片ΦPSⅡ下降幅度较大,而自然光照下生长的叶片下降幅度较小;弱光叶片电子传递速率(ETR)小于自然光叶片;弱光和自然光叶片的NPQ随光强的升高而升高,但弱光叶片在较低的光强下即达到最大值。东北红豆杉幼树叶片具有较高的抗氧化酶活性。以东北红豆杉幼苗和幼树为研究对象,探讨了东北红豆杉幼树和幼苗光保护差异。结果表明,与幼树相比,东北红豆杉幼苗的色素含量、光合能力和光饱和点较低。PSⅡ的光化学响应曲线说明,在强光下东北红豆杉幼树和幼苗叶片的PSⅡ光化学效率均发生下调,但东北红豆杉幼苗叶片PSⅡ光化学效下降较快。东北红豆杉幼苗和幼树叶片实际光化学效率(ΦPSⅡ)和PSⅡ捕光效率随着光强的增加而降低,但天线色素非光化学猝灭系数(NPQ)随着光强的增加而升高,说明光强增加了热能耗散能力。东北红豆杉幼树叶片光呼吸速率明显高于幼苗叶片。东北红豆杉幼树和幼苗叶片叶黄素循环在中午强光条件下均表现出了较高的活性,脱环氧化作用增加,是一种光保护机制。东北幼树幼苗叶片O2-·产生速率较快H2O2积累量多,但抗氧化酶活性与幼树叶片没有明显差异(p>0.05)。
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