欧洲云杉PSⅡ的热稳定性对温度升高的响应

【目的】以欧洲云杉5年生幼苗为对象,研究其PSⅡ热激后自我修复能力,评估它的PSⅡ在未来气候变暖情况下的热稳定性和热损伤的自我修复能力。【方法】选择3个无性系、每个无性系10个分生株,共计30个分生株,放入人工气候室正常条件下培养,2周后应用hand-PEA和image-PAM检测叶片的荧光参数和影像作为对照。放入38℃培养箱中在低光的条件下预热5 h后,在40、42、43、44、46、48、50、52、53和54℃下分别热激30 mins,每个处理3个无性系(每个无性系1个分生株),应用hand-PEA和image-PAM检测叶片PSⅡ的荧光参数和影像,筛选2个胁迫临界温度。将热激后选择的2个临界温度处理的幼苗,再次放入人工气候室正常条件下培养2周,用hand-PEA和image-PAM继续检测叶片PSⅡ的荧光参数和影像。【结果】1)通过对参数Y(Ⅱ)、Y(NO)和Y(NPQ)荧光影像和动力学曲线研究发现,欧洲云杉在44℃热激胁迫下,达到初始胁迫温度,52℃热激胁迫下达到最大胁迫温度,与草本、木本以及近缘物种植物相比,欧洲云杉PSⅡ的热稳定性都处于较高水平。2)应用image-PAM检测临界温度下PSⅡ荧光参数F0、Fm、Fv/Fm、NPQ、qL和qP的影像和NPQ、qL和qP荧光动力学参数曲线:44℃短时热激下Fm和Fv/Fm影像减弱,qL和qP荧光影像增强,NPQ、qL和qP荧光动力学参数曲线高于对照;52℃短时热激下Fm和NPQ被增强,Fv/Fm、qL和qP影像被减弱,NPQ、qL和qP的荧光动力学参数曲线低于对照。3)应用hand-PEA进一步检测PSⅡ荧光参数量值的变化,44℃短时热激下,Fv/Fm、OJIP曲线都没有明显变化,仅PIABS降至对照组的79.5%,叶绿素(Chl)吸收和捕获光能的能力、电子的传递、以及电子传递链中心蛋白的活性都没受到明显的抑制,并促进天线色素(Chl)吸收能量(ABC)的光化学反应的能力和荧光淬灭的能力;而52℃短时热激下,PSⅡ的功能已发生明显的抑制,OJIP曲线也出现大幅度的“K”带,Fv/Fm降为对照组的63.2%,PIABS仅为对照组的6.6%,Fm时刻叶绿素(Chl)对光能的吸收和捕获、光化学反应、荧光淬灭和电子传递的能力受到了严重的抑制,电子传递链的放氧复合体(OEC)也遭到严重破坏;因此,预测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,而对欧洲云杉PSⅡ供体侧的影响较小。4)经过2周的恢复后,在2种胁迫温度下幼苗针叶的荧光参数和影像都恢复到对照的水平,说明欧洲云杉对短期的胁迫有较强的恢复能力。【结论】在未来气候变化的情况下,欧洲云杉PSⅡ可能有较强的弹性适应生理机制应对极端天气午间的短期高温,它的热激胁迫可承受的温度范围在44~52℃。