不同溫度和脅迫時長下藍云杉的光合響應(yīng)

歐陽芳群，崔 夏，張 輝，鄧軍育，石青松，李玉嶺，孫 猛*

(1. 植物遷地保護國家林業(yè)和草原局重點實驗室，北京 100093；2. 北京市花卉園藝工程技術(shù)研究中心，北京 100093；3. 北京市植物園管理處，北京 100093)

云杉屬（Picea）樹種多，分布廣，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中占有特殊生態(tài)位，是高寒地區(qū)的生態(tài)建群種和重要用材樹種。根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會的第六次評估報告（https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg2/），按照目前世界各國的減排措施，到本世紀(jì)末全球平均氣溫將上升2.7 ℃，遠高于《巴黎協(xié)定》控制全球氣溫上升的目標(biāo)，將導(dǎo)致災(zāi)難性的氣候變化。樹木年輪記錄隨著溫度的升高白云杉（Picea glauca(Moench) Voss）徑向生長降低[1]。分布在歐洲中部的歐洲云杉（Picea abies(L.) H. Karst.）因為夏季溫度超過其可忍受的臨界值而出現(xiàn)死亡[2]。云杉生長非常依賴其生長環(huán)境[3-4]，全球持續(xù)暖化（www.epa.gov/climate-research）和降水量減少將不利于云杉生長[5-8]，對云杉種的適合度和生產(chǎn)力將有嚴(yán)重影響[9]。

高溫脅迫會影響植物各種生理生化過程，其中光合作用是植物對溫度變化最敏感的生理過程[10]，這會導(dǎo)致光系統(tǒng)II（PSII）受體的還原-氧化發(fā)生變化，并降低兩個光系統(tǒng)（PSⅠ和PSII）中光合電子傳遞效率[11]。植物光合作用的響應(yīng)取決于熱脅迫的強度和持續(xù)時間[12]。中度熱脅迫引起光呼吸增加和氣孔導(dǎo)度降低，導(dǎo)致光合作用短暫降低；嚴(yán)重高溫脅迫或熱激下，由于類囊體膜完整性喪失和光系統(tǒng)失活, 葉片光合電子傳輸能力首先發(fā)生降低[13]。如果高溫脅迫時間超過植物耐熱閾值，便會導(dǎo)致光合機構(gòu)發(fā)生不可逆的損害，進而對植物光合碳同化過程產(chǎn)生長遠影響。嚴(yán)重的傷害能顯著降低樹木的生長和抵抗病蟲害的能力，導(dǎo)致其死亡[14]。因此高溫脅迫對植物的傷害及其防御機制研究已越來越受到重視[15]。葉綠素?zé)晒庾鳛樘綔y植物光合作用的“無損”探針，能夠有效反映幾乎所有光合作用過程的變化。高溫42～50 ℃處理白云杉30 min，其初始熒光（F0）隨溫度升高而平方增加，而最大熒光（Fm）、可變熒光（Fv）、PSII 的最大光化學(xué)效率（Fv/Fm）和光化學(xué)熒光淬滅 （qP）隨脅迫溫度升高而降低，在42～43 ℃ 處理后光系統(tǒng)II（PSII）失去了磷酸化的能力，44～46 ℃處理后嚴(yán)重限制了卡爾文循環(huán)利用NADPH 和ATP 的能力[16]。青杄（Picea wilsoniiMast.）在高溫35 ℃處理4 個月后Fv/Fm顯著低于25 ℃處理[17]。歐洲云杉在遭受了44 ℃短時熱激下，F(xiàn)v/Fm沒有明顯變化，而52 ℃短時熱激下，PSII 的功能已明顯抑制，F(xiàn)v/Fm降為對照組的63%，電子傳遞鏈的放氧復(fù)合體遭到了嚴(yán)重破壞，電子傳遞能力受到嚴(yán)重抑制[18]。和對照組相比，42 ℃熱處理小葉楊（Populus simoniiCarrière）3、6 h 后F0、Fv/Fm和qP沒有發(fā)生顯著變化，而處理12 和24 h 后Fv/Fm和qP顯著降低，但是F0增加[19]。因此植物對熱脅迫的響應(yīng)不僅和脅迫的溫度有關(guān)，還依賴于時間長短。

高溫脅迫下，植物并非消極被動，能在生理生化及分子水平上發(fā)生一定變化來渡過脅迫期。但目前對云杉屬樹種的光系統(tǒng)對高溫脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)機制尚待揭示。藍云杉（Picea pungensEngelm.）因其針葉顏色湛藍，觀賞價值高，是優(yōu)良的園林景觀樹種。本課題組研究發(fā)現(xiàn)從濕潤地區(qū)引進的北美藍云杉表現(xiàn)出比鄉(xiāng)土種青海云杉（Picea crassifoliaKom.）更好的生長勢[20]，推測其可能具有較好的適熱性。本研究以藍云杉樹種為對象，通過模擬高溫環(huán)境，研究藍云杉在不同溫度和不同脅迫時長下的植株形態(tài)變化、針葉相對含水量差異和PSI、PSII 的熒光參數(shù)響應(yīng)熱脅迫的特點，分析熱脅迫解除后的恢復(fù)能力，為藍云杉在景觀生態(tài)等領(lǐng)域的應(yīng)用和適熱性遺傳改良提供理論參考。

1 材料方法

供試的藍云杉苗木來自甘肅省小隴山林業(yè)實驗局林業(yè)科學(xué)研究所自育播種苗，種子來源美國亞利桑那州，苗齡均為5 a。在高溫脅迫處理前和恢復(fù)期，苗木生長在塑料大棚溫室里，平均溫度25 ℃，濕度75%，苗木生長在營養(yǎng)缽（直徑22 cm，高度22 cm）中，基質(zhì)是體積比7:3 的腐殖質(zhì)土和珍珠巖。75%的遮陽網(wǎng)用于夏季防曬。

（1）不同溫度高溫脅迫試驗：用恒溫恒濕實驗箱（HS-408）設(shè)定3個溫度處理（45、50、55 ℃）和常溫對照（25 ℃，CK，0 h）。處理時間為6 h（8：00 am—2：00 pm），每溫度處理4 株；

（2）不同耐熱時長高溫脅迫試驗：用恒溫恒濕實驗箱（HS-408）設(shè)定1 個溫度處理（45 ℃）和常溫對照（CK，0 h）。處理時間6 h（8：00 am—2：00 pm），12 h（6 h 重復(fù)2 d），18 h（6 h 重復(fù)3 d）和24 h（6 h 重復(fù)4 d）。每溫度處理4 株。

處理結(jié)束后0 d、恢復(fù)7 d 和恢復(fù) 28 d 統(tǒng)計植株葉色變化、落葉情況等。分別測定每株苗木的一年生枝條中段 2 cm 的針葉鮮質(zhì)量和干質(zhì)量（0.1 g）。計算葉片相對含水量：相對含水量=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量 × 100%；每個溫度、耐熱時長處理下各選 3 株苗木測定，每株選擇 1 枝條。

每株苗木選擇1 份5～6 個完全展開成熟葉（并排用膠帶粘好），用HandPEA 儀器測定葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動力學(xué)曲線（OJIP 曲線）和PSII 熒光參數(shù)[21]（表1）。每處理3 個生物學(xué)重復(fù)。OJIP曲線是標(biāo)準(zhǔn)化后進行繪制的，標(biāo)準(zhǔn)化公式為Vt=(Ft-F0)/(Fm-F0)。式中：Vt表示任一時間點的熒光標(biāo)準(zhǔn)值，F(xiàn)t表示任一時間點的熒光值。

表1 光系統(tǒng)熒光參數(shù) Table 1 Fluorescence parameters of photosystem

同樣，每株苗木選擇1 份5～6 個完全展開成熟葉（并排用膠帶粘好），用熒光儀光纖型雙通道PAM-100 測量系統(tǒng)Dual-PAM-100 （Heinz Walz GmbH, Effeltrich, 德國）測定各處理下苗木PSI 和PSII 的葉綠素?zé)晒饣钚訹22]。測定的參數(shù)（表1）包括PSI 和 PSII 有效量子產(chǎn)量實際光化學(xué)效率Y(I)和 Y(II)；PSI 和PSII 相對電子傳遞速率ETR(I)和ETR(II)；受體側(cè)非光化學(xué)能量耗散產(chǎn)生的量子產(chǎn)量 Y(NA) 和由供體側(cè)限制引起的PSI 處非光化學(xué)能量耗散的量子產(chǎn)量Y(ND)。暗適應(yīng)后最小和最大熒光產(chǎn)額F0和Fm。苗木暗適應(yīng)20 min 后開始測定。

消費趨勢普遍代表著資本自由轉(zhuǎn)移，若非洲大陸利用好來自中國的市場，當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)極有可能在GDP構(gòu)成和創(chuàng)造就業(yè)等方面大大改變非洲。

（4）統(tǒng)計分析

采用SAS9.1 軟件GLM 模塊進行方差分析、多重比較。方差分析線性模型

式中：Xijk表示每株觀測值，μ表示試驗均值，Ti表示不同溫度或者耐熱時長效應(yīng)（固定），eijk表示隨機誤差。用R 軟件作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 不同溫度脅迫響應(yīng)

2.1.1 表型響應(yīng) 與對照相比，45 ℃處理6 h 后藍云杉表型未發(fā)生明顯變化（圖1A），且恢復(fù)28 d 時，仍與對照差別不大（圖1B）；而50 ℃處理后藍云杉針葉變黃，55 ℃處理后藍云杉針葉顏色不但變黃，而且直接干枯掉落；恢復(fù)28 d 時，50 ℃和55 ℃處理的藍云杉整株針葉都變黃，基本干枯掉落（圖1）。

圖1 藍云杉高溫處理6 h（A）和恢復(fù)28 d 時（B）的表型變化Fig. 1 Phenotypic changes in Picea pungens with high temperature treatment for 6 hours (A) and recovery for 28 days (B)

2.1.2 針葉相對含水量差異 處理6 h 后、恢復(fù)7、28 d 時，針葉相對含水量在溫度處理間差異均極顯著（P＜0.01，表2）。經(jīng)DUNCAN 多重比較，針葉相對含水量在處理后和恢復(fù)7 d 時，45 ℃處理和對照差異不顯著，50 ℃和45 ℃之間差異也不顯著，相對含水量在0.60～0.66 之間；而恢復(fù)28 d 時只有45 ℃和對照無顯著差異，相對含水量為0.64，50 ℃處理后降至0.25。55 ℃處理后，恢復(fù)7 d 和28 d 相對含水量在0.15～0.19，遠低于對照（圖2）。

圖2 針葉相對含水量在不同溫度處理下多重比較，小寫字母代表鄧肯分析結(jié)果Fig. 2 DUNCAN comparison of the relative needle water content under different temperature treatments, and the lowercase letters represent the DUNCAN analysis results

表2 針葉相對含水量方差分析Table 2 Variance analysis of the relative water content of needles

2.1.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 不同溫度處理后6 h、恢復(fù)7、28 d 時，除Y(NA) 在恢復(fù)7 d 時不顯著外，針葉PSI 熒光參數(shù)（Y(I)、ETR(I)、Y(ND)、Y(NA)）在溫度處理間均差異顯著（P＜0.01，表3）。經(jīng)DUNCAN 多重比較（圖3）發(fā)現(xiàn)，處理后6 h，Y(I)在對照下是0.36，顯著高于50 ℃（0.20）、45 ℃（0.14）和55 ℃（0）。ETR(I) 和Y(I) 的趨勢一致。恢復(fù)28 d，45 ℃處理后的Y(I)和ETR(I)與對照無顯著差異，顯著大于50 ℃和55 ℃處理。這兩種溫度下Y(I)、ETR(I)、Y(ND) 和Y(NA)的值均為0。

圖3 光系統(tǒng)熒光參數(shù)在不同云杉種不同溫度處理下多重比較Fig. 3 DUNCAN comparation of chlorophyll fluorescence parameters of photosystem under different temperature treatments of different spruces

表3 光系統(tǒng)熒光參數(shù)方差分析 Table 3 Variance comparation of chlorophyll fluorescence parameters of photosystem

2.1.4 OJIP 曲線 藍云杉三種溫度處理6 h 后、恢復(fù)7 d 和恢復(fù)28 d 的經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的OJIP 曲線（圖4）顯示45 ℃處理3 種云杉6 h 后OJ 相上升，且出現(xiàn)K 峰，至JI 相開始下降，到IP 相趨于平緩。和對照相比，恢復(fù)7 d 時候除了JI 相外其他基本恢復(fù)正常，到恢復(fù)28 d 時，OJIP 曲線基本恢復(fù)正常。而50、55 ℃處理6 h 后在恢復(fù)7 d 和恢復(fù)28 d 時，OJIP 曲線未恢復(fù)正常。

圖4 3 種溫度處理6 h 后（A）、恢復(fù)7 d（B）、恢復(fù)28 d（C）后的OJIP 曲線Fig. 4 OJIP curve of the three temperatures under CK, 45, 50 and 55°C for 6 h (A) and the recovery period 7 d (B) and 28 d (C).

2.2 藍云杉45 ℃不同耐熱時長響應(yīng)

2.2.1 表型效應(yīng)響應(yīng) 和對照相比，45 ℃處理6、12、18、24 h 后藍云杉表型未發(fā)生明顯變化；恢復(fù)7 d 時，45 ℃處理6 h 依然變化不大，但是12、18 h 針葉顏色變黃，失水，24 h 處理幾乎整株針葉變黃；恢復(fù)28 d 時， 12、18 h 針葉繼續(xù)失水、變黃，24 h 處理整株針葉都變黃，且基本干枯掉落（圖5）。

圖5 藍云杉45 ℃處理后（A）、恢復(fù)7 d（B）、恢復(fù)28 d 時（C）的表型變化Fig. 5 Phenotypic changes in Picea pungens with high temperature treatment for 6 hours (A),recovery for 7 days and recovery for 28 days (B), from left to right

2.2.2 針葉相對含水量差異 針葉相對含水量在45 ℃不同耐熱時長處理后6 h、恢復(fù)7 d、28 d差異顯著或極顯著（P＜0.05 或者P＜0.01，表4），經(jīng)DUNCAN 多重比較，針葉相對含水量在處理后時長18 h 處理下值為0.45，顯著低于其他時長處理和對照（0.62～0.66）。而恢復(fù)7 d 時，12、18 h處理后的相對含水量0.77～0.79，顯著高于對照、6 h 和24 h 處理（分別為0.67、0.64、0.68）。恢復(fù)28 d 時，對照、6 h、12 h 處理的針葉相對含水量之間無顯著差異，顯著高于24 h 處理（0.24），18 h 處理居中（0.47，圖6）。

圖6 針葉相對含水量在45 ℃不同時長處理下多重比較Fig. 6 DUNCAN comparation of the relative needle water content under different duration with 45 ℃ treatment

表4 45 ℃不同耐熱時長處理藍云杉針葉相對含水量方差分析Table 4 Variance analysis of the relative water content of needles of Picea pungens under different duration with 45 ℃ treatment

2.2.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù) 45 ℃處理后，針葉PSI 熒光參數(shù)（Y(I)、ETR(I)、Y(ND)、Y(NA)）在耐熱時長處理間差異極顯著（P＜0.01，表5）。經(jīng)DUNCAN 多重比較，對照下Y(I)值為0.36，顯著高于6 h（0.14）、12 h（0.11）等全部處理，12、18 和24 h3 種時長處理間差異不顯著（0.08～0.11）。ETR(I) 和Y(I) 趨勢一致。Y(ND) 趨勢則相反，對照處理下值最低（0.27），6 h 處理下最高0.64，12、18 h 間無顯著差異（0.55、0.49）。Y(NA)在對照、12、18 h 處理間差異不顯著，低于24 h 處理，6 h 處理居中。恢復(fù)7 d 時，Y(I)、ETR(I) 在耐熱時長處理間差異極顯著（P＜0.01）；恢復(fù)28 d 時，耐熱時長處理顯著影響Y(I)、ETR(I)和Y(ND) 值（P＜0.05）。經(jīng)DUNCAN 多重比較，恢復(fù)7 和28 d，Y(I)、ETR(I)在時長6 h處理值最高，分別為0.37、33.56 和0.32、28.7，和對照無顯著差異，顯著高于其他3 種時長處理；恢復(fù)28 d 時，Y(ND)在時長24 h 處理值最高，其他時長處理間無顯著差異。

表5 45 ℃不同耐熱時長處理藍云杉熒光參數(shù)方差分析 Table 5 Variance analysis of chlorophyll fluorescence parameters of needles of Picea pungens under different duration with 45 ℃ treatment

針葉PSII 熒光參數(shù)（Y(II)、ETR(II)、Fv/Fm、φEo）在處理后、恢復(fù)7、28 d 在耐熱時長處理間差異均極顯著（P＞0.01，表5）。經(jīng)DUNCAN 多重比較，處理后，Y(II) 的值在對照下最高（0.33），其他各時長值均為0。恢復(fù)7 d 時，時長為6 h 的處理Y(II)值由0 恢復(fù)到0.25，和對照無顯著差異，顯著高于其他時長處理（幾乎為0）。ETR(II) 和Y(II) 趨勢基本一致。在6 h 時長處理下，F(xiàn)v/Fm（0.11）顯著低于對照（0.86），而其他時長Fv/Fm幾乎為0。恢復(fù)7 d 時，6 h 時長處理Fv/Fm由0.11 恢復(fù)到0.47，其他時長依然幾乎是0。恢復(fù)28 d 時，6 h 時長處理恢復(fù)到0.75，和對照無顯著差異，12、18 和24h 時長處理分別恢復(fù)到0.33、0.21、0.19，顯著低于對照。φEo的變化趨勢和Fv/Fm基本一致，只是18 h 和24 h 處理后和恢復(fù)期φEo幾乎為0（圖7）。

圖7 針葉熒光參數(shù)在45 ℃不同時長處理下多重比較Fig. 7 DUNCAN comparation of chlorophyll fluorescence parameters under different duration with 45 ℃ treatment

2.2.4 OJIP 曲線 藍云杉不同耐熱時長處理后、恢復(fù)7 d 和恢復(fù)28 d 的經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的OJIP 曲線（圖8）顯示45 ℃處理6 h 后OJ 相上升，且出現(xiàn)K 峰，至JI 相開始下降，到IP 相趨于平緩。恢復(fù)7 d 時候除了JI 相外其他基本恢復(fù)正常，到恢復(fù)28 d 時，OJIP 曲線基本恢復(fù)正常。而處理12、18 h 后恢復(fù)7 d 和恢復(fù)28 d 時，OJIP 曲線KJ、JI相偏離對照較多，處理24 h 后的曲線一直未恢復(fù)。

圖8 5 種耐熱時長處理后（A）、恢復(fù)7 d（B）、恢復(fù)28 d（C）后的OJIP 曲線Fig. 8 OJIP curve of the three temperatures under five durationsfor after treatment (A) and the recovery period 7 d (B) and 28 d (C).

3 討論

3.1 藍云杉對高溫的熱適應(yīng)

在較冷地區(qū)生長的樹木通常不耐高溫[23]。適中的溫度促進云杉生長[24]。當(dāng)溫度超過植物生長的最佳溫度，光合作用和呼吸作用失衡可能會導(dǎo)致生長受到抑制[25-26]。夏季高熱對云杉生長有負面影響[27]，比如麗江云杉（Picea likiangensis(Franch.)E. Pritz.）、林芝云杉（Picea likiangensisvars.linzhiensisW. C. Cheng & L. K. Fu）、紅皮云杉（Picea koraiensisNakai）和白杄（Picea meyeriRehder & E. H. Wilson）4 種云杉在高溫（白天溫度35 ℃）下生物量降低[5]，生長受到抑制[26,28]，表明35 ℃超過了適宜云杉生長的最佳溫度[25]。研究發(fā)現(xiàn)9 種云杉屬植物半致死溫度在45～50 ℃之間[29]。本研究中藍云杉可耐45 ℃處理6 h，處理后表型變化小，且在28 d 后基本能恢復(fù)，但不耐50 ℃和55 ℃處理。這可能與其針葉相對含水量是分不開的。恢復(fù)期，只有45 ℃處理6 h 的苗木針葉相對含水量和對照無明顯差異，50 ℃和55 ℃處理遠低于對照。而通常熱脅迫和干旱是連在一起的，失水傷害是影響苗木質(zhì)量的首要因素。干旱似乎是云杉生長的最大限制因素。當(dāng)水勢下降到-2.0～3.0 MP 之間時，黑云杉（PiceamarianaBritton, Sterns & Poggenb.）、西加云杉（Picea sitchensis(Bong.) Carrière）和白云杉氣孔迅速關(guān)閉，凈光合速率也會隨水勢的下降，降到光補償點[30]。50 ℃和55 ℃處理藍云杉在恢復(fù)期整株針葉顏色變黃并伴有針葉脫落。雖然落葉是一種應(yīng)對脅迫的積極反應(yīng)，但是藍云杉在這個過程中失水嚴(yán)重，恢復(fù)28 d 時相對含水量均顯著低于45 ℃處理和對照。Tabbush 和 Paul 發(fā)現(xiàn)西加云杉苗木晾曬3 h 18 min 后，2 a 后的優(yōu)樹保存率下降到68%，同時高生長也受到影響[14]。所以在極端高溫脅迫出現(xiàn)時，溫室可以通過降低葉面溫度保護植物不被高溫損傷。比如適時通風(fēng)、外遮陽、噴霧降溫、增濕等[31]，以減少脅迫程度和脅迫時間。此外，氣溫上升可能會對樹木的碳儲存產(chǎn)生負面影響[32]。對高溫的高度敏感性間接導(dǎo)致植株碳饑餓[33]。在35～40 ℃的溫度下，紅云杉（PicearubensSarg.）表現(xiàn)出零碳平衡或負碳平衡[34]。因此，溫度升高可能導(dǎo)致儲備的碳水化合物過度消耗[35]。

3.2 藍云杉對不同時長的熱適應(yīng)

熱損傷不僅與溫度有關(guān)，還與高溫持續(xù)時間有關(guān)[12]。較低的溫度和較短的暴露時間通常導(dǎo)致間接葉損傷，而較高的溫度和較長的暴露時間會發(fā)生直接葉損傷[12]。光合功能退化和細胞損傷程度依賴于累積的熱量，和溫度、熱脅迫的時間長短是相關(guān)聯(lián)的[12]。同樣時間下溫度越高或者同樣的溫度，脅迫時間越長累積的熱量越多，葉片受損更嚴(yán)重。白云杉在48～48.5 ℃下30 min 產(chǎn)生50% 的葉損傷，而52 ℃及以上的溫度30 min 則可以產(chǎn)生100%的葉損傷[16]。高溫對黑云杉的破壞作用隨暴露時間呈指數(shù)級變化，溫度越高，造成破壞所需的時間越短。50% 黑云杉幼苗受到直接損傷需要在暴露47 ℃下51 min，而 48 ℃下只需要24 min[36]。當(dāng)幼苗持續(xù)在高溫下時長達180 min 時，黑云杉葉損傷閾值低至44 ℃[36]。當(dāng)高溫脅迫時間達到一定閾值時，脅迫所造成的損傷無法恢復(fù)[19，36]。本研究中，藍云杉在45 ℃處理6 h 可以恢復(fù)正常生長，而45 ℃處理24 h 后整株針葉發(fā)生損傷，干枯掉落，植株無法恢復(fù)正常生長。楊樹在42 ℃下熱激脅迫短于6 h 時，PSII 經(jīng)過自我修復(fù)可恢復(fù)正常功能，但超過6 h 就會造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷[19]。

3.3 藍云杉對高溫脅迫的光合響應(yīng)

眾所周知，PSII 在對逆境的光合反應(yīng)中起著重要作用[37-38]。光合作用對熱應(yīng)激敏感，尤其PSII 高度敏感[11,39]。Fv/Fm比值是研究植物對逆境響應(yīng)的重要生理指標(biāo)，它用來度量PSII 原初光能轉(zhuǎn)換效率，常被作為植物是否發(fā)生光抑制的標(biāo)準(zhǔn)之一[40]。Fv/Fm比值是決定PSII 最大量子效率的重要參數(shù)，它反應(yīng)線性電子傳遞速率和整體光合能力。Bj?rkman 發(fā)現(xiàn)，植物在正常情況下（包括不同生態(tài)類型），其Fv/Fm比值均穩(wěn)定在0.832 ± 0.004左右[41]。在不同脅迫下該比值出現(xiàn)不同程度下降，表示一定比例的PSII 反應(yīng)中心被破壞或失活，這種現(xiàn)象稱為光抑制[42]。45 ℃處理6 h 后Fv/Fm低至0.07，50、55 ℃處理后、恢復(fù)7 和28 d，藍云杉的Fv/Fm都為0，表明PSII 反應(yīng)中心可能發(fā)生了不可逆失活，或光合機構(gòu)受到破壞或損傷[43]。研究50、55 ℃處理6 h 和45 ℃處理大于6 h 后藍云杉的針葉發(fā)黃可能是Fv/Fm值下降的原因之一，因為針葉發(fā)黃常常意味著發(fā)生光氧化和葉綠素濃度降低[44]。對歐洲冷杉（Abies albaMill.）的研究中，初始脅迫溫度范圍是 42.7 ～43.2 ℃，F(xiàn)v/Fm降至 50%的極限脅迫溫度是51 ℃[45]。黑云杉在 23 ℃時，凈光合速率就會顯著下降；而當(dāng)氣溫達到或大于35～40 ℃時，光合速率將會很低甚至停止[26]。本研究中，45 ℃處理6 h 后恢復(fù)期，F(xiàn)v/Fm恢復(fù)至0.75，和對照無顯著差異，表明PSII 恢復(fù)正常。φEo的變化趨勢和Fv/Fm基本一致，只是50、55 ℃，18 、24 h 處理后和恢復(fù)期φEo幾乎為0。表明QA后的電子傳遞受到了抑制，PSII 的受體測遭到了毀壞[46]。

盡管和PSII 相比，PSI 在高溫脅迫中比較穩(wěn)定[11]。但有證據(jù)表明，在高溫下存在相當(dāng)大的環(huán)式電子流，維持跨類囊體膜的能量以及三磷酸腺苷穩(wěn)態(tài)，可能參與預(yù)防高溫條件下的不可逆損傷[47-48]。藍云杉經(jīng)過45 ℃處理6 h 后PSI 的Y(I)、ETR(I)、Y(ND)和Y(NA) 在恢復(fù)期和對照差異不顯著，表明45 ℃溫度處理6 h 對藍云杉PSI 影響不大。PSI 通過維持強氧化態(tài)（P700+），將PSI 受體測的過剩光能耗散吊，減少PSI 損傷[49]。45 ℃處理12、18、24 h 后PSI 多少有些恢復(fù)，而50、55 ℃處理后的恢復(fù)過程中藍云杉PSI 的Y(I)和ETR(I)均為0，表明PSI 遭受到了嚴(yán)重損壞。PSI 一旦發(fā)生抑制，由于恢復(fù)時間較長，往往對光合作用造成更大的影響[50]。

4 結(jié)論

藍云杉的熱損傷不僅與溫度有關(guān)，還與高溫脅迫的時間有關(guān)。藍云杉可耐45 ℃處理6 h，但不耐50 和55 ℃處理6 h，藍云杉PSI 和PSII 遭受到了嚴(yán)重損壞。在45 ℃處理時長超過12 h，φEo幾乎為0，針葉發(fā)黃掉落，難恢復(fù)正常生長。因此，隨著全球氣候變暖，持續(xù)的夏季高溫將不利于藍云杉的生長。本研究為進一步深入探討藍云杉耐高溫機制研究提供了基礎(chǔ)。

致謝：感謝北京市公園管理中心科技課題“云杉屬樹種引種、抗高溫評價與新優(yōu)種質(zhì)高效繁育”（ZX2021012）和中央財政林業(yè)科技推廣示范項目“藍云杉栽培繁育技術(shù)推廣示范”（京[2023]TG05 號）資助！感謝林木遺傳育種國家重點實驗室科研儀器平臺。