光照会改变植物的耐冷和耐热性

　　

气候变化致使热浪、寒潮等极端天气事件日益增多。植物对极端温度的耐受能力，对于其在极端环境下的生存与生长至关重要。利用叶绿素荧光参数Fv/Fm随温度的变化来评估植物叶片光合系统Ⅱ的热力耐受能力，是当前常用的一种快速评估方法。然而，采用该方法测量植物的耐热和耐冷性时，叶片的温度处理均在黑暗条件下进行。但在实际情况中，往往是高温与强光相伴、低温与弱光并存。

为了深入探究光照对植物热力耐受性的影响，该研究选择了中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）的20种自然生长的冠层树种为研究对象。在热处理时，设置不同光照强度，测量其光合系统Ⅱ的耐热性；在弱光条件下，进行冷处理，测量其光合系统Ⅱ的耐冷性。研究发现弱光（300μmol·m2·s?1）对耐热性的影响呈现出物种特异性，而强光（1000μmol·m2·s?1）则降低了所有测试树种的耐热性（番石榴Psidium guajava 的T50_h的变化不显著，其余物种均达到显著水平）。其中Tcrit_h的变化范围为-13.96 ℃ ?~ -1.96 ℃；T50_h的变化范围为-5.26 ~ -0.92℃。弱光（200 μmol·m2·s?1）显著降低了所有 10 种测试树种的耐冷性，Tcrit_c的变化范围为2.76 ℃ ~ 10.52 ℃， T50_c的变化范围为2.02 ℃ ~ 7℃。其中，气体交换速率较高的树种（A_max和Emax）在热胁迫下对光诱导损伤的抵抗力更强。叶片厚度能缓解强光导致的耐热性降低，并在低温胁迫下提供物理性光保护。

根据以上研究结果可以推断，在黑暗条件下测得的耐热性和耐冷性虽可以用于比较不同物种之间的差异，但会高估植物在野外环境下的真实能力。因此，在运用植物光合系统耐热性评估植物热力安全时，应充分考虑该评估值与真实情况的差异。本项研究进一步深化了对植物热力耐受性的认识，为深入探究植物的适应性以及其对气候变化的响应与适应机制，提供了重要参考。

相关研究成果以“Light Intensity Alters Thermal Tolerance During Heat and Cold Stress in Canopy Plant Species”为题发表在学术期刊Plant?Cell & Environment上，版纳植物园联合培养硕士研究生聂琴为论文第一作者，版纳植物园林华研究员和西南林业大学栗忠飞教授为论文共同通讯作者，该研究得到了版纳生态站、元江干热河谷生态站、版纳植物园公共技术服务中心以及西双版纳国家级自然保护区的大力支持，同时得到了国家自然科学基金、云南省彩云博士后计划、中国科学院“西部之光-西部交叉团队”等项目的资助，在此表示衷心感谢！

图1 热处理过程中光照对耐热性的影响。图 a - b ：弱光处理组（300 μmol?m?2?s?1）与对照组耐热性指标的差异；图 c - d ：强光处理组（1000 μmol?m?2?s?1）与对照组耐热性指标的差异。圆圈表示处理组与对照组之间无显著差异（p-value >?0.05）；圆点表示存在显著差异（p-value?<?0.05）。

图2 冷处理过程中光照对耐冷性（a. Tcrit_c,b. T50_c）的影响。