Page 101 - 《广西植物》2025年第8期

８ 期 王丽敏等: 气候变化下三种栎类光合系统高温适应性对其分布的影响 １ ４ ６ ７

等ꎬ２０１８ꎻ郭斌ꎬ２０１８)ꎬ这可能与其光合作用受温 ℃ ꎬ相 对 湿 度 ( ６０ ± １０)％ꎬ光 照 强 度 ５００ μｍｏｌ
度的影响有关(杜旭华等ꎬ２０１２)ꎮ 因此ꎬ我们提出 ｍ ｓ ꎻ夜间温度 ２０ ℃ ꎬ相对湿度(６０±１０)％ꎬ光
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假设ꎬ这 ３ 种栎类的光合系统温度适应性差异可 照强度 ０ μｍｏｌｍ ｓ ꎻ昼夜交替时间 １２ ｈꎬ同时
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能会影响它们的地理分布格局ꎮ 为验证这一假 保证苗木水分充足ꎮ
设ꎬ本研究以这 ３ 种栎类作为研究对象ꎬ观测冠层 对分布点数据的分析表明ꎬ３ 种栎类分布点的
和叶片层面光合系统参数的变化ꎬ逐步分析其光 最热月均为 ７ 月ꎮ 将全球分布点最热月最高温与
合系统的高温响应机制ꎬ旨在探讨其光合系统高 ７ 月的平均 ＳＩＦ 值进行 Ｌｏｅｓｓ 拟合ꎬ发现 ＳＩＦ 值约
温适应性差异及其与地理分布的关系ꎮ 在冠层层 在 ２５ ℃ 时达到最高值ꎬ同时分布点的最高温也集
面ꎬ利用核密度估计、回归分析、相关性分析和结 中在 ２５ ℃ 附近(图 １)ꎮ 为了评估 ３ 种栎类的光合
构方程模型( ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇꎬ ＳＥＭ) 分 作用光反应在最适温度(２５ ℃ ) 至未来全球变暖
析 ３ 种栎类分布区的最热月最高温、冠层 ＳＩＦ 值与 背景下升温至 ４０ ℃ 时的变化趋势ꎬ实验设置了 ３
纬度之间的关系ꎬ揭示温度对光合作用的影响及 个升温处理 梯 度ꎬ即 ２５、３５、４５ ℃ ꎮ 初 步 分 析 表
其分布格局的关联ꎻ在叶片层面ꎬ通过控制性升温 明ꎬ当温度从 ２５ ℃ 升至 ３５ ℃ 时ꎬ ＳＩＦ 平均值下降
实验、ＯＪＩＰ 测试和 ＪＩＰ￣ｔｅｓｔ 分析ꎬ监测 ＰＳ Ⅱ至光系 了约 ７０％ꎻ同时ꎬ３ 种栎类在 ２５ ℃ 以 ２ ℃ ｈ 的速
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统Ⅰ(ｐｈｏｔｏｓｙｓｔｅｍ Ⅰꎬ ＰＳ Ⅰ) 电子传递链的动态ꎬ 率 升 温 至 ３５ ℃ 时ꎬ 其 叶 片 总 性 能 指 数 ( ｔｏｔａｌ
分析 ＰＳ Ⅱ反应中心在高温下的响应机制ꎬ验证冠 ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎｄｅｘꎬＰＩ )降低约 ３０％(图 １)ꎮ 基于
ｔｏｔａｌ
层层面的分析结果ꎮ 本研究将为揭示 ３ 种栎类光 此结果ꎬ研究确定了升温实验程序:在适应性培养
合作用ꎬ尤其是 ＰＳ Ⅱ在高温环境下的适应性如何 结束后ꎬ将人工气候箱的温度从 ２５ ℃ 开始ꎬ以 ２
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影响其地理分布格局提供新视角ꎮ ℃ ｈ 的速率依次升高至 ３５ ℃ 和 ４５ ℃ ꎮ 当每个
处理温度稳定 ３０ ｍｉｎ 后ꎬ关闭人工气候箱灯光ꎬ使
１ 材料与方法 待测幼树暗适应 ２０ ｍｉｎꎮ 随后ꎬ从每株幼树选取 ２
片健康、成熟的顶生叶片ꎬ测量并记录快速叶绿素
１.１ 分布点数据提取 荧光诱导动力学信号ꎮ 每个树种在各处理温度下
从生 物 多 样 性 信 息 网 站 ( Ｇｌｏｂａｌ Ｂｉｏｄｉｖｅｒｓｉｔｙ 重复测量 ２０ 次ꎬ其中 ２５ ℃ 的处理作为对照组ꎮ
Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆａｃｉｌｉｔｙꎬ ｗｗｗ. ｇｂｉｆ. ｏｒｇ) 检索辽东栎、猩 采用 叶 绿 素 荧 光 仪 ( ＦｌｕｏｒＰｅｎＦＰ１１０ꎬ Ｐｈｏｔｏｎ
红栎和北美红栎的分布点数据ꎬ提取有效经纬度ꎮ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓꎬ 捷克)测定光合作用的快速叶
然后对涵盖所有分布点的区域栅格化( 栅格规格 绿素 荧 光 诱 导 动 力 学 参 数: 叶 片 总 性 能 指 数
为 ０.１°经度 × ０.１°纬度)ꎬ每个栅格内只保留 １ 个 (ＰＩ )ꎬ单位有活性反应中心吸收的光能( ＲＣ /
ｔｏｔａｌ
分布点ꎻ从国家青藏高原科学数据中心( ｈｔｔｐ: / / ＡＢＳ)、ＰＳ Ⅱ被光激发后产生的电子传递至 ＰＳ Ⅱ
ｄａｔａ.ｔｐｄｃ.ａｃ.ｃｎ / )提取了 ２０１６ 年至 ２０２０ 年间分布 次级电子受体 Ｑ 的概率(φＰ )、ＰＳ Ⅱ捕获的电子
Ａ Ｏ
点的月平均 ＳＩＦ 数据ꎮ 该数据集基于 Ｓｅｎｔｉｎｅｌ￣５Ｐ 从 Ｑ 传递到 ＰＱ 的概率( ψＥ )、电子从质体氢醌
Ｏ
Ａ
卫星各通道反射率和 ＳＩＦ 观测数据ꎬ建立机器学习 (ＰＱＨ )传递到 ＰＳ Ⅰ最终受体侧的效率(δＲ )等ꎮ
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模型生成ꎬ具有较高的时空分辨率( Ｃｈｅｎ ｅｔ ａｌ.ꎬ 这些参数综合反映了光合系统在胁迫条件下的适
２０２２)ꎬ是光合作用的有价值代理变量ꎻ根据 ３ 种 应性:ＰＩ 反映放氧复合体到 ＰＳ Ⅰ受体侧电子传
ｔｏｔａｌ
栎类分布的经纬度数据ꎬ从 ＷｏｒｌｄＣｌｉｍ ２.１( ｗｗｗ. 递链的胁迫适应性ꎻφＰ 、ψＥ 、δＲ 分别反映 ＰＳ Ⅱ
Ｏ Ｏ Ｏ
ｗｏｒｌｄｃｌｉｍ.ｏｒｇ)提取最热月最高温和每月最高温数 天线色素到 Ｑ 、Ｑ 到 ＰＱ、ＰＱＨ 到 ＰＳ Ⅰ最终受体
Ａ Ａ ２
据(分辨率设置为 ３０″)ꎮ 侧电子传递链的胁迫适应性ꎻＲＣ / ＡＢＳ 反映 ＰＳ Ⅱ
１.２ 升温实验方法 天线色素的胁迫适应性ꎮ 参数计算方法参考文献
于 ２０２３ 年 ８ 月ꎬ选取长势相近且健壮的辽东 (Ｈｏｌｌａｎｄ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１４ꎻ Ｓｔｉｒｂｅｔ ｅｔ ａｌ.ꎬ ２０１８)ꎮ
栎、猩红栎、北美红栎 ２ 年生容器苗各 １０ 株ꎬ进行 １.３ 数据处理
实验环境适应(王丽敏和周帅ꎬ２０２３)ꎬ时间设置为 为平滑数据分布及揭示分布点在不同经度、
７ ｄꎬ人工气候箱( ＲＬＤ￣１０００Ｅ￣４ꎬ宁波乐电仪器制 纬度和最热月最高温上的密度变化情况ꎬ我们对 ３
造有限公司ꎬ中国) 参数设置如 下:白 天 温 度 ２５ 种栎类分布点的经度、 纬度和最热月最高温数据