南亚热带森林两种优势树种幼叶中花色素苷的光保护功能

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鼎湖山南亚热带森林演替中后期树种幼叶普遍呈红色,这一现象在后期中生性优势种中尤为明显。幼叶呈红色是由于合成和积累了花色素苷。叶片合成与积累花色素苷是其进行光保护的一种重要手段。本文以鼎湖山后期中生性优势树种华润楠(Machiluschinensis)以及中期阳生性树种锥栗(Castanea henryi)为实验材料,分析了夏季在两种不同光照条件下(全光照、25%光照)生长的植株叶片的花色素苷含量以及花色素苷合成基因CHS、DFR、ANS的表达量,再进一步测定了多个与植物光合生理相关的指标,以探究鼎湖山森林中后期优势树种幼叶合成与积累花色素苷的光保护作用机制,为鼎湖山南亚热带森林演替机制奠定理论基础。本文得到的主要结论如下:  (1)克隆获得到了两种序列未知树种华润楠与锥栗的花色素苷合成基因CHS、DFR、ANS以及内参基因TUB的非全长序列,并通过它们设计出了合适的荧光定量PCR引物,为这两种树种后续的花色素苷合成基因的表达分析奠定了基础。  (2)光和温度影响着花色素苷的合成与积累。在一定条件下,光照强度与花色素苷含量以及花色素苷合成基因的表达水平呈正相关。光是调控花色素苷合成与积累的最重要的环境因子。温度对花色素苷的合成与积累也具有重要影响。花色素苷在高温条件下不稳定,这使得夏季叶片的花色素苷含量低于冬季。其次,冬季的低温对花色素苷的合成与积累也具有一定的诱导作用,但这种作用需要光诱导作为前提。  (3)两种树种的花色素苷含量与花色素苷合成基因表达分析的结果均表明中生性树种华润楠相比阳生性树种锥栗具有更好的合成与积累花色素苷的能力,并且前者的花色素苷合成基因对光照变化更敏感,其基因表达水平能够随着光照强度的变化进行及时调整,以适应不同的光照环境。  (4)光合生理指标表明锥栗是一种典型的阳生性树种,它对高光条件具有很强的耐受性,但在低光条件下其光合作用水平受到严重抑制,这对于其林下幼苗的生长极其不利;而中生性树种华润楠则相反。但本文的实验结果表明,作为鼎湖山森林演替后期优势树种的华润楠对高光逆境也具有较好的适应性,除了能够合成和积累花色素苷,它还可以通过降低PSⅡ最大光化学量子产量、提高非光化学猝灭以及较高的抗氧化能力来减缓过剩的光能带来的不利影响。  本文的研究结果证实了鼎湖山南亚热带森林中生性树种幼叶富含花色素苷是其应对高光逆境的一种光保护策略,也是其逐渐取代中期阳生性树种成为后期优势树种的一个重要的生理优势,这一结论为鼎湖山南亚热带森林演替机制提供了新的视角。此外,本文成功克隆出的华润楠、锥栗的CHS、DFR、ANS、TUB非全长序列也为这两种树种后续的更为系统的花色素苷合成基因的表达分析研究奠定了基础。
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