香榧和榧树苗木对高温胁迫的适应性研究

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香榧(Torreya grandis Fort.ex Lindl.‘Merrillii Hu’)属红豆杉科(Taxaceae)榧属(Torrey)榧树(Torreya grandis Fort.ex Lindl.)中经过无性繁殖的一个重要变异类型,是世界榧属植物中重要的变异类型之一。在香榧种植推广过程中,极端高温天气限制了香榧苗木的成活与生长,对香榧大苗也有一定的伤害。本文研究香榧苗和榧树苗木对高温胁迫的适应性,对香榧和榧树苗木进行高温胁迫(25℃、30℃、35℃、40℃)处理,测定香榧和榧树苗木叶片叶绿素含量、活性氧物质、抗氧化酶活性、抗氧化物质含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数等,分析香榧与榧树苗木对高温胁迫的响应机制,揭示香榧经过嫁接后其对高温胁迫的适应性与榧树的差异,得出以下结论:(1)在高温胁迫下,香榧和榧树的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)均明显下降,但胞间CO2浓度(Ci)明显上升,说明香榧和榧树Pn的下降并不是气孔因素引起的。开放光合系统Ⅱ(PSII)反应中心激发能捕获效率(Fv’/Fm’)、PSII实际量子产额(ΦPSⅡ)、光化学淬灭(q P)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm),PSII反应中心单位活化截面积吸收的光能(ABS/CSm)、捕获的光能(TRo/CSm)、传递的光能(ETo/CSm),单位面积吸收的光能(ABS/CSo)、捕获的光能(TRo/CSo)、电子传递的量子产额(ETo/CSo),PSII光合性能指数(PIabs)和综合性能指数(PItotal)等荧光参数在高温处理下开始是略有上升或维持稳定,但在随温度进一步升高则明显下降,且下降幅度榧树大于香榧。单位面积的热耗散(DIo/CSo)、PSII反应中心单位活化截面积耗散的光能(DIo/CSm)、单位反应中心耗散掉的能量(DIo/RC)、热耗散量子比率(φDo)等参数则随着温度升高均逐渐上升,且升高幅度香榧大于榧树。这些结果表明在高温胁迫下香榧和榧树的PSII作用中心的光能捕获能力、光能转换效率和电子传递的量子产额都下降,并导致电子传递速率下降,最终引起Pn下降。同时,为了防止PSII作用中心受到损伤,启动了光能耗散系统,且香榧的耗散能力大于榧树,有效保护了PSII作用中心,使得香榧的电子传递和光合能力在高温下降较少。(2)在低于35℃温度处理下,香榧和榧树的叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)和胡萝卜素(Car)基本维持稳定,超氧阴离子自由基(O2?-)产生的速率逐渐上升,过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、抗坏血酸(As A)、谷胱甘肽(GSH)含量逐渐上升,脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)、单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)、谷胱甘肽还原酶(GR)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性逐渐上升,且香榧的上升幅度大于榧树;但40℃胁迫下,香榧和榧树叶片细胞不断死亡,各项指标迅速下降。这些结果表明适度高温下香榧和榧树能启动抗氧化防御系统,在自由基迅速升高时通过增加抗氧化物质的含量、抗坏血酸-谷胱甘肽循环酶(As A-GSH)循环和抗氧化酶活性维持活性氧(ROS)平衡,维持植物细胞正常生理功能。但在40℃处理下,两种苗木的抗氧化防御系统本身也被高温破坏。香榧和榧树苗木相关数据对比发现:高温胁迫下,香榧非酶抗氧化剂含量高于榧树,抗氧化防御系统和抗氧化能力强于榧树,光能耗散能力大于榧树,表明经过嫁接的香榧抗高温胁迫能力比榧树强。
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