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光照會改變植物的耐冷和耐熱性
氣候變化致使熱浪、寒潮等極端天氣事件日益增多。植物對極端溫度的耐受能力，對于其在極端環境下的生存與生長至關重要。利用葉綠素熒光參數Fv/Fm隨溫度的變化來評估植物葉片光合系統Ⅱ的熱力耐受能力，是當前常用的一種快速評估方法。然而，采用該方法測量植物的耐熱和耐冷性時，葉片的溫度處理均在黑暗條件下進行。但在實際情況中，往往是高溫與強光相伴、低溫與弱光并存。
為了深入探究光照對植物熱力耐受性的影響，該研究選擇了中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)的20種自然生長的冠層樹種為研究對象。在熱處理時，設置不同光照強度，測量其光合系統Ⅱ的耐熱性;在弱光條件下，進行冷處理，測量其光合系統Ⅱ的耐冷性。研究發現弱光(300μmol·m2·s?1)對耐熱性的影響呈現出物種特異性，而強光(1000μmol·m2·s?1)則降低了所有測試樹種的耐熱性(番石榴Psidium guajava的T50_h的變化不顯著，其余物種均達到顯著水平)。其中Tcrit_h的變化范圍為-13.96 ℃ ~ -1.96 ℃;T50_h的變化范圍為-5.26 ~ -0.92℃。弱光(200 μmol·m2·s?1)顯著降低了所有10種測試樹種的耐冷性，Tcrit_c的變化范圍為2.76 ℃ ~ 10.52 ℃，T50_c的變化范圍為2.02 ℃ ~ 7℃。其中，氣體交換速率較高的樹種(Amax和Emax)在熱脅迫下對光誘導損傷的抵抗力更強。葉片厚度能緩解強光導致的耐熱性降低，并在低溫脅迫下提供物理性光保護。
根據以上研究結果可以推斷，在黑暗條件下測得的耐熱性和耐冷性雖可以用于比較不同物種之間的差異，但會高估植物在野外環境下的真實能力。因此，在運用植物光合系統耐熱性評估植物熱力安全時，應充分考慮該評估值與真實情況的差異。本項研究進一步深化了對植物熱力耐受性的認識，為深入探究植物的適應性以及其對氣候變化的響應與適應機制，提供了重要參考。
相關研究成果以“Light Intensity Alters Thermal Tolerance During Heat and Cold Stress in Canopy Plant Species”為題發表在學術期刊Plant Cell & Environment上，版納植物園聯合培養碩士研究生聶琴為論文第一作者，版納植物園林華研究員和西南林業大學栗忠飛教授為論文共同通訊作者，該研究得到了版納生態站、元江干熱河谷生態站、版納植物園公共技術服務中心以及西雙版納國家級自然保護區的大力支持，同時得到了國家自然科學基金、云南省彩云博士后計劃、中國科學院“西部之光-西部交叉團隊”等項目的資助，在此表示衷心感謝!
圖1熱處理過程中光照對耐熱性的影響。圖a - b：弱光處理組(300 μmol?m?2?s?1)與對照組耐熱性指標的差異;圖c - d：強光處理組(1000 μmol?m?2?s?1)與對照組耐熱性指標的差異。圓圈表示處理組與對照組之間無顯著差異(p-value> 0.05);圓點表示存在顯著差異(p-value < 0.05)。
圖2冷處理過程中光照對耐冷性(a. Tcrit_c,b. T50_c)的影響。
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