歐洲云杉PSⅡ的熱穩定性對溫度升高的響應*

賈子瑞 王 亞 馬建偉 安三平 胡繼文 王軍輝

(1. 中國林業科學研究院林業研究所 北京 100091； 2.林木遺傳育種國家重點實驗室 北京 100091； 3.甘肅省小隴山林業科學研究所 天水741020； 4. 甘肅省次生林培育重點實驗室 天水 741020)

氣候變暖顯著影響溫帶、寒溫帶和高山森林的生長發育和健康(Leemansetal., 2004； Kauretal., 2017； Ponocnáetal., 2016)。根據氣候變化對物種、生態系統和陸地景觀以及相應的溫度和降水模式的影響，溫帶和北方森林對氣候變化最為敏感，尤其溫帶和寒溫帶針葉林更易受到顯著影響(Leemansetal., 2004)。氣候變暖對寒溫帶地區樹木的影響依樹種不同而異，如對松(Pinus)和樺(Betula)有利，對冷杉(Abies)的影響不大，對云杉(Picea)和山毛櫸(Fagus)則不利(Carreretal., 2012； Takahashietal., 2013； Camareroetal., 2015； Ziacoetal., 2016； Franketal., 2017； Kolaretal., 2017； Ponocnáetal., 2016)。云杉屬全世界約35種，主要分布于北半球的亞熱帶高海拔、溫帶和北方地區(鄭萬鈞等，1978； Tayloretal., 1994)，我國有18種，其中7個特有種，2個引進栽培種； 歐洲云杉(P.abies)在我國引種后成功馴化，其適應性和長勢超過了許多鄉土云杉種(李青粉等， 2012； 祁萬宜等， 2006)。但作為北半球一種重要的經濟生態樹種，正面臨氣候變化產生的威脅(Tjoelkeretal., 2007; Bollietal., 2007)。

高溫脅迫是影響植物光合作用的重要因素之一，葉綠體光合活性是高等植物的熱敏感部位，很容易被熱脅迫摧毀破壞。 光合系統的PSⅡ、PS I、電子傳遞鏈、ATP合成、碳固定等其他組分對熱脅迫都很敏感，尤其PSⅡ更易被高溫摧毀(Ashrafetal., 2013、Mathuretal., 2014)。因此，研究在熱脅迫下PSⅡ的熱穩定性，對促進植物適應未來氣候變暖十分必要。在應用葉綠素熒光對樹木PSⅡ熱激反應的光合效率方面已有很多研究，例如： 短葉雪松(Cedrusbrevifolia)、黎巴嫩雪松(C.libani)和大西洋雪松(C.atlantica)(Ladjaletal., 2000)，橡樹(Quercuspalustris)(Daasetal., 2008)，花旗松(Pseudotsugamenziesii)和西部黃松(P.ponderosa)(Mariasetal., 2016), 歐洲冷杉(A.alba)(Konopkovaetal., 2018)等。目前，已對分布在中國的云杉屬紅皮云杉(P.koraiensis)、青木千(P.wilsonii)、青海云杉(P.crassifolia)、粗枝云杉(P.asperata)、紫果云杉(P.purpurea)、川西云杉(P.likiangensisvar.rubescens)、西藏云杉(P.spinulosa)、林芝云杉(P.likiangensis. var.linzhiensis)(楊毅， 2017)9個樹種的PSⅡ熱穩定性進行了研究，但對歐洲云杉PSⅡ的熱穩定性未展開系統的研究。

本研究以5年生歐洲云杉幼苗為對象，應用hand-PEA和image-PAM檢測其針PSⅡ熱反應，并根據前人對松科植物熱激脅迫下PSⅡ熱穩定性的研究，從40～54 ℃設定10個熱激脅迫的溫度梯度，來研究歐洲云杉PSⅡ的初始脅迫溫度和極限脅迫溫度以及熱損傷的敏感部位，為探討歐洲云杉在未來氣候變暖下的適應能力提供參考。

1 研究方法

1.1 試驗材料

選擇3個歐洲云杉無性系的5年生幼苗、每個無性系10個分生株，共計30個分生株，放入人工氣候室培養。培養條件是： 白天/夜間18/23 ℃變溫，光密度是640 μmol·m-2s-1，空氣相對濕度是40%，CO2濃度是370 μmol·mol-1。

1.2 熱激處理前對照設置

在人工氣候室培養2周的幼苗，應用hand-PEA 和image-PAM檢測葉片的熒光參數和影像作為熱激處理前的對照，記為CG。

1.3 熱激臨界溫度的選擇

在熱激處理組(記為HS)中，將在人工氣候室培養過2周的3個無性系幼苗放入38 ℃培養箱中，在低光條件下預熱5 h(預熱能增強云杉屬植物的耐熱性)，光照強度215 μmol·m-2s-1，CO2濃度是370 μmol·mol-1，空氣相對濕度40%。然后在40、42、43、44、46、 48、 50、 52、53和 54 ℃下分別熱激30 mins，每個處理3個無性系(每個無性系1個分生株)。應用image-PAM檢測熒光影像和PSⅡ的光化學能Y(Ⅱ)，熱耗散Y(NPQ)和熒光淬滅Y(NO)。選擇歐洲云杉幼苗的初始脅迫溫度、極限脅迫溫度2個閾值。

1.4 熱激后PSⅡ自行修復的測定

在熱激后的恢復組(記為RT)中，將熱激后選擇的2個臨界溫度處理的幼苗再次放入人工氣候室正常條件下培養2周(見1.1)。培養2周后的幼苗，用hand-PEA 和image-PAM檢測幼苗葉片的熒光參數和影像。研究歐洲云杉PSⅡ熱激后的自我修復能力。

1.5 熒光參數測定

1.5.1 熱激臨界溫度選擇 應用image-PAM檢測PSⅡ的光化學能Y(Ⅱ)，熱耗散Y(NPQ)和熒光淬滅Y(NO)的熒光影像、參數和動力學曲線，用來篩選初始和極限脅迫溫度，其中：

Y(NPQ)=1-Y(Ⅱ)-1/[NPQ+1+qL(Fm/F0-1)]，式中，Y(NPQ)為PSⅡ處調節性能量耗散的量子產量。

Y(NO)=1/(NPQ+1+qL(Fm/F0-1))，Y(NO)為非調節性能量耗散的量子產量，且Y(Ⅱ)+Y(NPQ)+Y(NO)=1。

1.5.2 熱激臨界溫度下PSⅡ熒光參數測定 應用Image-PAM檢測PSⅡ的熒光參數Fm、Fv/Fm、NPQ、qL和qP的影像，熒光參數NPQ、qL和qP動力學曲線用來評估44和52 ℃熱激處理組與熱激處理后恢復組的熱損傷情況(2018)。各參數的計算如下：

Fv/Fm=(Fm-F0)/Fm，

式中，Fv/Fm為PSⅡ的最大量子產量，反映了植物的潛在最大光合能力。

應用hand-PEA進一步檢測葉片PSⅡ的熒光參數，各參數計算公式參考李鵬民等(2005)。ABS/RC是單位反應中心吸收的光能； DI0/RC為單位反應中心耗散掉的能量(在t=0時)； TR0/RC為單位反應中心捕獲的用于還原QA的能量(在t=0時)； ET0/RC為單位反應中心捕獲的用于還原QA的能量(在t=0時)； RE0/RC用于熱耗散的量子比率(在t=0時)； phi(P0)=Fv/Fm，代表初級光化學反應的最大量子產量； psi(E0)=ψ0≡ET0/TR0，是捕獲的激子將電子傳遞到電子傳遞鏈中超過QA的其他電子受體的概率(在t=0時)； phi(E0)=ET0/ABS，是用于電子傳遞的量子產額(在t=0時)； delta(R0)反應中心吸收的能量用于熱耗散的比率(在t=0時)； phi(R0)=RE0/ABS，代表天線色素(Chl)吸收能量(ABC)的光化學反應的能力； ABS/CS0≈Fo，單位面積吸收的光能(在t=0時)； DI0/CS0為單位面積的熱耗散(在t=0時)； TR0/CS0為單位面積捕獲的光能(在t=0時)； ET0/CS0為單位面積電子傳遞的量子產額(在t=0時)； RE0/CS0代表熒光淬滅通量，它是被激發的單位橫截面積上熒光淬滅的通量(在t=0時)； ABS/CSm≈Fm，單位面積吸收的光能(在t=m時)； DI0/CSm為單位面積的熱耗散(在t=m時)； TR0/CSm為單位面積捕獲的光能(在t=m時)； ET0/CSm為單位面積電子傳遞的量子產額(在t=m時)； RE0/CSm代表熒光淬滅通量，它是被激發的單位橫截面積上熒光淬滅的通量(在t=m時)； PIABS是在吸收基礎上的執行指數。

圖1 不同溫度梯度下Y(Ⅱ)、Y(NO) 和 Y(NPQ)的熒光影像Fig.1 Fluorescence image of Y(Ⅱ), Y(NO) and Y(NPQ) by image-PAM under different temperature gradients

1.6 數據分析

應用image-PAM檢測來篩選臨界溫度的參數Y(Ⅱ)、Y(NPQ)和Y(NO)的熒光動力學曲線和臨界溫度下參數NPQ、qL和qP的熒光動力學曲線，應用R語言軟件包中的ggplot2繪制。用處理組/對照組將各參數進行數據標準化，再將標準化后的數據應用EXCEL繪制雷達圖。OJIP曲線也是標準化后應用EXCEL進行繪制的，標準化公式為Vt=(Ft-F0)/(Fm-F0)。

2 結果與分析

2.1 熱激臨界溫度的選擇

圖2 不同溫度梯度Y(Ⅱ)、Y(NO) 和 Y(NPQ)的熒光動力學曲線Fig.2 Kinetics curves of Y(Ⅱ), Y(NO) and Y(NPQ) under different temperature gradients

Y(NPQ)是光保護的重要指標，若Y(NPQ)較高，一方面表明植物接受的光強過剩，另一方面則說明植物仍可以通過調節(如將過剩光能耗散為熱)來保護自身； Y(NO)是光損傷的重要指標，若Y(NO)較高，則表明光化學能量轉換和保護性的調節機制(如熱耗散)不足以將植物吸收的光能完全消耗掉，入射光強超過了植物能接受的程度，這時植物可能已經受到損傷，或者(盡管還未受到損傷)繼續照光的話植物將要受到損傷； Y(Ⅱ)代表PSⅡ的光化學能力。應用image-PAM對10個溫度梯度熱激脅迫下測定的參數Y(NPQ)、Y(NO)和Y(Ⅱ)的熒光影像和曲線進行對比研究，見圖1、圖2。最終選擇了初始脅迫和極限脅迫的2個閾值。當歐洲云杉幼苗在44 ℃熱激后與對照組比： 它的熒光影像開始發生變化，Y(Ⅱ)和Y(NO)的影像開始變淡； 并且它的PSⅡ的光化學能Y(Ⅱ)的熒光動力學曲線開始下降，熱耗散Y(NPQ)和熒光淬滅Y(NO)的影像動力學曲線開始上升； 因此，選擇44 ℃作為熱激脅迫的初始脅迫溫度。當幼苗在53 ℃熱激下時，葉片開始脫落，組織器官開始摧毀，形成不可逆的損傷； 并且光化學能Y(Ⅱ)的動力學曲線開始趨向0，Y(NPQ)曲線遠遠低于對照，而Y(NO)曲線遠遠高于對照，說明葉片已經受到嚴重的損傷。 因此，選擇52 ℃熱激作為熱激脅迫的極限溫度。

2.2 應用image-PAM測定臨界溫度下PSⅡ的熒光參數

由圖3、圖4可知，熒光影像顯示在44 ℃熱激脅迫下，Fm、Fv/Fm的影像被減弱，而qL和qP的熒光影像被增強，NPQ的影像沒有變化。而在52 ℃熱激脅迫下，Fm和NPQ被增強，而Fv/Fm、qL和qP影像被減弱，通過分析NPQ、qL和qP熒光動力學曲線發現，在44 ℃熱激下3個參數的曲線都高于對照組，而在52 ℃熱激下，這3個參數的曲線低于對照組。以上結果說明，44 ℃熱激下PSⅡ的電子吸收、捕獲與傳導、以及非光化學熒光淬滅的執行效率在一定程度上有促進作用，而在52 ℃熱激下，它們受到嚴重抑制作用。

圖3 臨界溫度下F0、Fm、Fv/Fm、NPQ、qL和qP的熒光影像Fig. 3 Determinating fluorescence image of F0,Fm,Fv/Fm,NPQ,qL and qP under the critical temperature of heat shock stress

圖4 臨界溫度下NPQ、qL和qP的熒光動力學曲線Fig.4 Determinating fluorescence curves of NPQ, qL and qP by under the critical temperature of heat shock stress

2.3 應用hand-PEA測定的臨界溫度下的PSⅡ的熒光參數

2.3.1 葉綠素(Chl)對光能的吸收和捕獲 由圖5和表1可知，在44 ℃熱激下，雷達圖顯示熒光參數ABS/RC、TR0/RC、ABS/CS0、(F0)、ABS/CSm(Fm)、TR0/CS0和TR0/CSm都偏離對照不是很明顯(圖5)，它們分別是對照的1.056、1.03、0.946、1.056、1.031和0.925倍。而在52 ℃熱激下，都顯著偏離對照，其中ABS/RC、TR0/RC、ABS/CS0和TR0/CS0上升為對照的2.782、1.562、2.142和1.248倍，而ABS/CSm和TR0/CSm下降為對照組的0.745和0.484倍。以上結果說明，在44 ℃熱激下，葉綠素吸收和捕獲光能的能力并沒有受到顯著影響，但在52 ℃熱激下，F0時刻的反應中心吸收的光能和捕獲的光能增強，而Fm時刻葉綠素吸收和捕獲的光能受到明顯的抑制。

2.3.2 光化學反應 在44 ℃熱激脅迫下phi(P0)參數曲線與對照組偏離不明顯，為對照組的97.7%； 而phi(R0)參數曲線明顯偏離對照，phi(R0)升為對照組的121.8%。在52 ℃熱激脅迫下，2個參數曲線都明顯偏離對照，phi(P0)降為對照組的63.2%，而phi(R0)降為對照組的71.2%。以上結果說明，在44 ℃熱激脅迫下對初級光化學反應的最大量子產量沒有變化，而使天線色素(Chl)吸收能量(ABC)的光化學反應的能力增強了； 在52 ℃熱激下二者都被抑制。

2.3.3 電子傳遞鏈效率 在44 ℃ 熱激下，ET0/RC、ET0/CS0、ET0/CSm、psi(E0) 和phi(E0)參數曲線偏離對照不明顯，量值分別是對照組的1.009、1.009、0.904、0.978和0.955倍。在52 ℃熱激下，ET0/CS0、ET0/CSm, psi(E0) 和 phi(E0) 參數曲線明顯偏離對照，量值分別降為對照組的0.401、0.179、0.486和0.336倍。以上結果說明，44 ℃ 熱激下對PSⅡ的電子傳遞沒有影響，但52 ℃熱激脅迫明顯抑制了PSⅡ的電子傳遞通量。

2.3.4 熒光淬滅的能力 在44 ℃熱激下，RE0/CS0和RE0/CSm參數曲線開始偏離對照，升為對照的1.284和1.158倍(見表1)； 在52 ℃熱激下，兩參數曲線明顯偏離對照，分別為對照的1.483和0.499倍。以上結果說明，在44 ℃熱激下，PSⅡ調節過剩光能量的機制，可以通過熒光淬滅的形式把過剩的熱量散失掉； 但52 ℃熱激下F0時刻可以通過熒光淬滅的形式將過剩的熱量散失掉，而Fm時刻通過熒光淬滅調節熱耗散的機制被抑制。

2.3.5 熱耗散的能力 在44 ℃熱激下，DI0/RC、DI0/CS0、DI0/CSm和delta(R0)參數曲線開始偏離對照，量值分別為對照的1.193、1.189、1.056和1.218倍，這說明一定程度上促進熱耗散。但52 ℃熱激下，DI0/RC、DI0/CS0、DI0/CSm和delta(R0)參數曲線明顯偏離對照，量值分別為對照的9.296、6.927、2.142和17.806倍，說明大部分能量以熱耗散的能力散失掉，并且熱耗散的量子比率上升至對照的17.806倍。

2.3.6 PSⅡ光合作用執行效率 在44 ℃熱激脅迫下，OJIP曲線與對照組基本一致，沒發生明顯偏離； PIABS曲線開始偏離對照，為對照組的79.5%。在52 ℃熱激脅迫下，OJIP曲線明顯偏離了對照組，出現“K”點，表明PSⅡ中的放氧復合體(OCE)遭到破壞； 而PIABS曲線明顯偏離對照，僅為對照組的6.6%。以上結果說明，44 ℃熱激脅迫下，PSⅡ光合作用的執行效率沒受到大的影響； 而在52 ℃熱激脅迫下，光能的吸收、捕獲和傳遞都明顯發生抑制。

2.4 臨界溫度脅迫后恢復的PSⅡ的熒光參數

由圖3、圖6、圖7和表1可知，恢復組檢測的PSⅡ熒光參數和影像，又幾乎回到對照水平，顯示從44～52 ℃度之間這8 ℃溫差的過渡都沒有引起歐洲云杉PSⅡ光能捕獲、吸收和電子傳遞效率受到不可恢復的損傷，說明歐洲云杉對溫度有較高的彈性適應機制。

圖5 臨界溫度脅迫下標準化后PSⅡ熒光參數Fig.5 Radar chart of standardizing fluorescence parameter under the critical temperature of heat shock stress

表1 臨界溫度脅迫下PSⅡ熒光參數和標準化后數據①Tab.1 Fluorescence parameter and standardizing result under the critical temperature of heat shock stress

圖6 臨界溫度脅迫下標準化后的OJIP曲線Fig.6 Standardizing OJIP curvesunder the critical temperature of heat shock stress

圖7 應用hand-PEA測定的臨界溫度脅迫下二周自行恢復后標準化PSⅡ熒光參數Fig.7 Radar chart of standardizing fluorescence parameter by hand-PEA determining under the critical temperature of heat shock stress after self-recovery for two weeks

3 討論

3.1 歐洲云杉PSⅡ抗熱能力評估

執行效率指數(PIABS)和PSⅡ的最大量子產量φPo=Fv/Fm是檢測各種脅迫比較敏感的參數，它們被廣泛用作對比研究光合作用系統的整體光合效率。對小麥(Tritiumaestivum)的研究，表明在活體植物的葉綠素熒光測定中Fv/Fm和光化學淬滅系數(qP)在高于37.5 ℃時就開始下降(Lu, 2000)；而在40 ℃熱激下，PIABS降至14%(Mathuretal., 2011)。在巴旦木(Prunuspersica)葉片研究中，觀察到了PIABS值在30和35 ℃熱激下升高，在40 ℃熱激下降低，在45 ℃熱激下最小。此外，當葉片暴露在40和45 ℃時，Fv/Fm顯著降低，“K”和“L”帶大幅度呈現(Martinazzoetal., 2012 )。在對栓皮櫟(Q.variabilis)的研究中，熱激初始脅迫溫度T50是42 ℃, 當溫度達到55 ℃時，任一光照狀態下的PSⅡ實際量子產量Y(Ⅱ)趨向于0，因此它的脅迫溫度是42～54 ℃(陳景玲等，2013)。而仁用杏(Armeniacavulgarisvs.sibirica)30 ℃為初始脅迫溫度，PIABS降為對照組的64%，Fv/Fm和OJIP曲線維持不變； 50 ℃為極限脅迫溫度，PIABS降為對照組的10.3%，Fv/Fm為對照的37.8%，OJIP曲線在300 us處K點急劇上升(杜國棟等，2011)。在對歐洲冷杉的研究中，發現不同種源初始和極限脅迫溫度都不相同，初始脅迫溫度范圍是42.7～43.2 ℃，Fv/Fm降至50%的極限脅迫溫度是51 ℃，種源地溫度越高，臨界溫度的值就越高(Konpkováetal., 2018)。對國內9種云杉屬植物PSⅡ熱穩定性研究中發現，半致死溫度FT50在45～50 ℃之間，長葉云杉(Piceasmithiana)的半致死溫度48.35 ℃為9種云杉中的最高值，具有最強的PS Ⅱ熱穩定性；紅皮云杉、青海云杉和紫果云杉的半致死溫度均在46～47 ℃之間相對較低，PSⅡ熱穩定性較差；其余云杉屬植物類群的半致死溫度都在47～48 ℃，PSⅡ熱穩定性處于中間水平(楊毅，2017)。總體來說針葉樹種Fv/Fm降到50%的溫度，處于45～53 ℃之間(Krauseetal., 2010; Mariasetal., 2017)，也有研究報道歐洲冷杉的Fv/Fm在40 ℃時急劇降低(Robakowskietal., 2002.)。在本研究發現44 ℃短時熱激下image-PAM檢測的PSⅡ光化學能Y(Ⅱ)，熱耗散Y(NPQ)和熒光淬滅Y(NO)的熒光參數的影像和動力學曲線都開始發生改變；但應用hand-PEA檢測發現Fv/Fm、OJIP曲線都沒有明顯變化，但PIABS降至為對照組的79.2%，說明脅迫剛剛開始；而52 ℃短時熱激下，PSⅡ的光化學能Y(Ⅱ)，熱耗散Y(NPQ)和熒光淬滅Y(NO)已發生明顯的抑制，OJIP曲線也出現大幅度的“K”帶，Fv/Fm降為對照組的62.4%，PIABS僅為對照組的6.6%；在53 ℃短時熱激下，Y(Ⅱ)趨向于0，葉片脫落，組織器官開始被破壞；因此本研究未發現Fv/Fm降為對照組的50%的FT50的溫度點，52 ℃是歐洲云杉幼苗短時熱激的極限溫度；將44 ℃和52 ℃短時熱激的幼苗放入人工氣候室中正常條件下恢復2周后，各熒光參數的及其影像又幾乎都恢復到正常水平，說明歐洲云杉的PSⅡ在44～52 ℃之間的短時熱激下的損傷可以自行修復。在楊樹(Populussimonii)高溫脅迫的研究也發現，在42 ℃下熱激脅迫短于6 h 時，PSⅡ經過自我修復可恢復正常功能；但溫度超過6 h就會造成不可逆轉的損傷(Songetal.， 2014)。與以往研究對比發現，歐洲云杉的抗高溫能力遠遠高于一些草本植物，也高于一些木本被子植物，如栓皮櫟(Quercusvariabilis)和仁用杏，在針葉樹種(歐洲冷杉和花旗松)中它的高溫耐力處于較高水平，也高于國內的已研究的9種云杉(楊毅，2017)，這與它的原生境條件較溫暖濕潤相關。

3.2 歐洲云杉PSⅡ臨界溫度下損傷分析

短期高溫處理造成的云杉屬植物葉片PSⅡ的損傷，可通過已測定的葉綠素熒光參數反映(楊毅，2017)。本研究通過葉綠素熒光參數，對短時不同程度的熱激下PSⅡ的量子產量、光能的吸收和捕獲、電子傳遞以及熒光淬滅和熱耗散進行研究，揭示了高溫脅迫下歐洲云杉PSⅡ的損傷與自我修復能力。

高溫脅迫下PSⅡ的量子產量的估測，常用PSⅡ的最大量子產量phi(P0)(或Fv/Fm)和還原PSI受體側末端電子受體的量子產額phi(R0)來表述。在本研究中，44 ℃熱激脅迫下phi(P0)(或Fv/Fm)降為對照的97.7%，而phi(R0)升高為對照的1.218；在52 ℃熱激脅迫下phi(P0)(或Fv/Fm)降為對照的63.7%，而phi(R0)降為對照的71.2%；說明44 ℃脅迫對PSⅡ側光化學效率的抑制剛開始，但促進了PSⅠ的光化學效率，52 ℃脅迫對光系統PSⅠ和PSⅡ側的光化學效率都產生抑制。在對我國9種云杉屬植物的短時熱激研究中發現，45 ℃瞬時高溫脅迫對PSⅡ光化學效率就產生抑制作用(楊毅，2017)，說明歐洲云杉與其他云杉屬相比較有較強的抗高溫能力。

高溫脅迫下，參數ABS/CS0(或F0)和ABS/CSm(或Fm)也是反應植物熱損傷程度的重要指標。一般來說，由于受到高溫脅迫，植物類囊體膜結構會出現變化導致基礎熒光的緩慢增加，而使最大熒光降低，因此基礎熒光值的增加值與最大熒光的降低與植物PSⅡ的反應中心受到的損傷程度呈現相關關系。本研究中，44 ℃熱激脅迫下ABS/CSm(或Fm)降為對照的94.6%，而ABS/CS0(或F0)升高為對照的105.6倍，也說明脅迫剛開始；在52 ℃熱激脅迫下ABS/CSm(或Fm) 降為對照的74.5%，ABS/CS0(或F0)升高為對照的214.2%。我國9種云杉屬植物45 ℃瞬時高溫脅迫基礎熒光值都開始增加，到50 ℃高溫脅迫下基礎熒光也增加2倍以上(楊毅，2017)。仁用杏的研究中也發現，50 ℃高溫導致初始熒光(Fo) 也顯著升高，為對照的2.26 倍(杜國棟等，2011)。本研究中光能的吸收和捕獲參數44 ℃熱激脅迫無明顯變化，52 ℃熱激脅迫下初始光能的吸收和捕獲參數ABS/RC、TR0/RC、ABS/CS0和TR0/CS0上升為對照的2.782、1.562、2.142和1.248倍，而t=m時的ABS/CSm和TR0/CSm下降為對照組的0.745和0.484倍，說明52 ℃熱激下PSⅡ對能量的捕獲和吸收的能力增強，而天線色素捕獲和吸收能量的能力減弱。已研究的我國9種云杉屬植物，ABS/RC和TR0/RC在20～40 ℃熱激時變化也不明顯，而在到50 ℃時反應中心有活性的數量越來越少，使ABS/RC和TR0/RC顯著升高，其中ABS/RC升高為對照的40倍以上，ABS/CSm和TR0/CSm顯著下降(楊毅，2017)。與其對比，說明歐洲云杉PSⅡ供體側的抗高溫能力顯著高于國內其他云杉屬。在高溫脅迫下PSⅡ的電子傳遞的能力也受到了不同程度的損傷阻斷。本研究44 ℃熱激下，電子傳遞效率變化不明顯。在52 ℃熱激下，ET0/RC、ET0/CS0、ET0/CSm、psi(E0) 和 phi(E0)分別降為對照組的0.441、0.401、0.179、0.486和0.336倍。在對我國9種云杉屬植物，20～45 ℃短時熱激下ET0/RC和ET0/CS下降；在50 ℃熱激下都明顯下降，ET0/RC降為對照的0.47倍左右(楊毅，2017)。與其對比，說明歐洲云杉PSⅡ受體側的抗高溫能力處于中等水平。

熒光淬滅參數，在44 ℃熱激下，RE0/CS0和RE0/CSm升至對照的1.284和1.158倍；在52 ℃熱激下，RE0/CS0和RE0/CSm分別為對照的1.483和0.499倍。熱耗散參數在44 ℃熱激下DI0/RC、DI0/CS0、DI0/CSm和delta(R0)分別為對照的1.193、1.189、1.056和1.218倍；但在52 ℃熱激下，DI0/RC、DI0/CS0、DI0/CSm和delta(R0)分別為對照的9.296、6.927、2.142和17.806倍。我國9種云杉屬植物20～45 ℃短時熱激下，DI0/RC和DI0/CS略有增加，而在50 ℃熱激下是正常狀態下的40倍左右(楊毅，2017)。說明歐洲云杉PSⅡ在熱激狀態下自主調節熱量散失的能力高于國內其他云杉屬樹種。

4 結論

1) 找到了歐洲云杉幼苗短時熱激脅迫下的初始脅迫溫度44 ℃和極限脅迫溫度52 ℃，并預測歐洲云杉在未來氣候變暖的情況下有較強的抗熱能力，在抗熱性上處于同屬物種及其近緣物種的較高水平。2) 預測44 ℃短時熱激下，PSⅡ的光化學反應、熱耗散和熒光淬滅的能力都被促進；但52 ℃短時熱激下，PSⅡ的光化學反應、熱耗散和熒光淬滅的能力都被明顯抑制。3) 44 ℃初始脅迫溫度雖使PIABS略有降低，但葉綠素(Chl)對光能的吸收和捕獲、電子的傳遞、電子傳遞鏈中心蛋白的活性都沒受到明顯的抑制，52 ℃極限脅迫溫度下葉綠素(Chl)對光能的吸收和捕獲、光化學反應、熒光淬滅和電子傳遞的能力遭到嚴重的抑制，并且電子傳遞鏈的放氧復合體(OEC)也被破壞。說明在未來氣候變暖的情況下歐洲云杉在午間瞬時高溫的影響下，會主要抑制葉片PSⅡ反應中心的活性和受體側電子傳遞，改變PSⅡ反應中心能量流分配，而對PSⅡ供體側的影響較小。4) 在恢復組中，2種脅迫溫度下幼苗針葉的熒光參數和影像都恢復接近對照水平，說明歐洲云杉對短期的脅迫有較強的自我修復能力。因此可預測，在未來氣候變化的情況下歐洲云杉有較強的彈性適應生理機制，來應對極端天氣午間的短時高溫，它在短時熱脅迫下可自我恢復的溫度范圍在44～52 ℃。