高温胁迫对银叶树荧光参数的影响

于安琪， 杨通文， 高秀梅， 韩维栋

(广东海洋大学滨海农业学院, 广东 湛江 524088)

银叶树(Heritieralittoralis)，是梧桐科(Sterculiaceae)银叶树属(HeritieraDryand.)植物，常绿乔木，高度可以达到10m，树皮灰黑色，广泛分布在中国、印度、越南、柬埔寨、非洲东部、大洋洲、夏威夷等国家和地区;而在中国，银叶树主要分布在广东、广西、海南、云南南部等地区，是广东重要的观赏植物之一。银叶树木材质地坚实，纹理细腻，适宜作为建材、造船原料以及制作木质家具的材料[1]。从经济效益和生物多样性的角度来看，银叶树有很好的开发研究价值，但实际可供研究的银叶树成型群落并不多。根据简曙光等[1]的研究，目前中国现存具有20株以上成年个体的纯野生银叶树种群极少，仅在广西防城港、海南清澜港、广东深圳和汕尾等地出现。银叶树的分布稀少与两方面因素有关：一是过度经济发展干扰银叶树生长；二是银叶树自身的繁殖问题[2]。

近年来，科研人员对于银叶树的研究主要集中在银叶树群落的抗性、多样性特征以及银叶树的化学成分等方面。韩维栋等[2]的研究显示，银叶树属于高耐盐植物，耐寒和抗菌都很优秀。陈晓霞等[3]的研究显示，银叶树已经表现出濒危的特征。李月娟[4]的研究显示，银叶树的化学成分复杂，药用价值很高。而在植物的高温胁迫研究方面，杜国栋等[5]通过设置不同高温环境对仁用杏叶片PSII光化学活性进行研究，认为高温损害PSII供体侧和受体侧的功能，造成光合效率下降，是对叶片光合机构伤害的主要机制之一。李化龙等[6]通过设置不同高温胁迫对猕猴桃叶片的影响，建立了猕猴桃高温热害的识别指标。

本文对银叶树的高温胁迫反应进行了研究，旨在为进一步深入研究银叶树的高温胁迫生理响应机制打下基础。

1 试验地概况

试验地处于湛江市广东海洋大学湖光校区(21°09′9.36″E,110°17′51.14″N)。湛江市地处东南沿海，年平均气温23 ℃，年平均日照时数1817～2106 h，年平均降雨量1417～1802 mm，属典型的亚热带海洋性季风气候，最冷月平均气温在12℃以上，全年无冬，极端最低气温大于0℃，气候适宜银叶树生长[7]。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料为在湛江本地培养六个月的银叶树实生苗，其长势良好无病虫害，叶片完整不发黄。

2.2 试验设计与方法

试验时间为2021年8月23—28日，共计6d。分别设置30℃、35℃、40℃、45℃、50℃5个温度梯度，每个温度梯度分别处理0h、3h、6h、9h、12h，以0h的叶绿素荧光参数为对照，每个温度梯度放置5株银叶树苗，共计25株[8-9]。

除去试验设定变量，另设置人工气候箱参数如下：光照5000lx、湿度65%RX。上述两项数据在试验中保持不变。将银叶树幼苗分别放置在人工气候箱中，分别于放入气候箱0 h(对照)、达到设定温度后3h、达到设定温度后6h、达到设定温度后9h和达到设定温度后12h时，采用FP110手持式叶绿素荧光测量仪，依据试验设计预设参数，编写预先运行流程，测定叶绿素荧光参数。分别测量快速叶绿素荧光诱导动力学曲线(OJIP曲线)、初始荧光F0、 最大荧光Fm，并据此计算PSII光能转化率Fv/Fm、PSII潜在活性Fm/F0[10-12]。

2.3 数据分析

使用SPSS 21.0以及EXCEL 2013进行数据的处理分析与整合。

3 结果与分析

3.1 高温胁迫对银叶树叶片OJIP曲线的影响

不同温度处理之后，银叶树叶片的OJIP曲线形态变化明显(见图1)。30℃的图像中，五组数据曲线形态和高度整体相差不大。35℃图像中，3h温度处理后的OJIP曲线整体数据最高，对照组最低；五组数据曲线形态和高度整体相差不大。40℃图像中，对照组、3h处理以及9h处理相差不大，曲线形态和数据几乎一致；6h处理的OJIP曲线数据最高，12h处理的OJIP曲线数据最低；五组数据曲线形态和高度整体相差不大。45℃图像中，对照组的OJIP曲线具有明显的OJIP曲线特征，且曲线J相、I相、P相与前几组数据差距不大；3h处理的OJIP曲线相比对照组，J相、I相、P相高度明显下降许多，可认为在此时受到了轻度胁迫；6h处理的OJIP曲线相比3h，差距不大，J相、I相、P相高度也近乎一致，证明3～6h之间胁迫程度没有明显的变化；9h处理的OJIP曲线相比6h再次下降许多，J相、I相、P相高度再次降低，可认为银叶树幼苗在此受到了中度胁迫；12h处理后，曲线已经完全失去了OJIP曲线的特征，O相、J相、I相、P相的高度处在同一水平线上，可认为银叶树幼苗在9～12h之间受到了重度胁迫。50℃图像中，3h处理后，OJIP曲线已经彻底失去了OJIP曲线的特征，在此温度胁迫下，银叶树幼苗在3h内受到了重度胁迫之后的OJIP曲线全为直线，叶绿素荧光值与初始值近乎一致。

图1 不同高温胁迫下银叶树叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线

续图1 不同高温胁迫下银叶树叶片快速叶绿素荧光诱导动力学曲线

3.2 高温胁迫对银叶树叶片初始荧光F0和最大荧光Fm的影响

3.2.1 高温胁迫对银叶树叶片初始荧光F0的影响 初始荧光F0，即PSII反应中心经过一段时间的暗适应之后处于完全开放状态时显示出的初始荧光强度。经过高温胁迫后，植物中的叶绿素类囊体膜结构逐渐遭到破坏。随着温度的升高，初始荧光F0也会在某一临界点又突然升高，说明PSII反应中心遭到破坏。以此原理，初始荧光F0可以作为生理指标检测生理活动。

图2 银叶树叶片初始荧光F0对高温胁迫的响应Fig.2 Response of initial fluorescence(F0) of silver leaf to high temperature stress

将初始荧光F0列成线图可知(见图2)，30℃胁迫处理曲线在0～3 h上升，3～12 h变化趋势不明显；35 ℃胁迫处理曲线在0～3 h呈现下降趋势，在3～9 h变化不大，9～12 h呈现上升趋势；40 ℃胁迫处理曲线在0～6 h呈现上升趋势，6～12 h呈现下降趋势；45 ℃胁迫处理曲线在0～3h呈现上升趋势，3～6 h呈现下降趋势，在6～9h呈现缓慢上升趋势，9～12 h呈现下降趋势；50℃胁迫处理曲线在0～6 h呈现下降趋势，6～9h呈现上升趋势，在9～12 h呈现下降趋势。

3.2.2 高温胁迫对银叶树叶片最大荧光Fm的影响 最大荧光Fm是在饱和脉冲的强光照射下PSII电子链上的电子由于迅速堆积而产生的最大荧光，表示PSII接受光量子的最大能力。最大荧光Fm下降是热耗散增加的标志，最大荧光Fm对温度变化非常敏感。

根据图3可知，30 ℃胁迫处理曲线在0～3 h时间段呈现上升趋势，3～12 h曲线没有明显变化；35 ℃胁迫处理曲线在0～3 h处理时间之内呈现下降趋势，3～6 h处理时间之内呈现上升趋势，在6～12 h处理时间之内呈现持续下降趋势。40 ℃胁迫处理曲线在0～6 h处理时间之内呈现上升趋势，在6～9 h处理时间之内呈现下降趋势，在9～12 h处理时间之内变化不大。45 ℃胁迫处理曲线在0～3 h处理时间之内呈现下降趋势，在3～6 h处理时间之内变化不大，在6～12 h处理时间之内呈现持续下降趋势。50 ℃胁迫处理曲线在0～6 h处理时间之内呈现下降趋势，在6～9 h处理时间之内呈现上升趋势，在9～12 h处理时间之内呈现下降趋势。

图3 银叶树叶片最大荧光Fm对高温胁迫的响应Fig.3 Response of maximum fluorescence (Fm) of silver leaves to high temperature stress

3.3 高温胁迫对银叶树叶片PSII光能转化率Fv/Fm的影响

高温胁迫引起了PSII光能转化率Fv/Fm的降低。根据图4所示：在30 ℃处理中，在0～3h上升，在3～12 h中，PSII光能转化率Fv/Fm保持平稳；35 ℃处理中，PSII光能转化率Fv/Fm在0～3h下降，在3～6 h上升，在6～12 h下降；而40 ℃处理时，PSII光能转化率Fv/Fm整体比较平稳；而45 ℃处理中， PSII光能转化率Fv/Fm在0～3 h下降， 3～6 h上升，6～12 h下降；在50 ℃处理中，PSII光能转化率Fv/Fm一直持续下降。

图4 银叶树叶片PSII反应中心光能转化率Fv/Fm对高温胁迫的响应Fig.4 Response of light energy conversion rate of PSII reaction center(Fv/Fm) in silver leaf leaves to high temperature stress

3.4 高温胁迫对银叶树叶片PSII潜在活性Fm/F0的影响

随着高温胁迫时间的延长，银叶树PSII潜在活性Fm/F0整体呈现下降趋势。根据图5所示，在30 ℃胁迫处理中，PSII潜在活性Fm/F0曲线整体比较平稳；在35 ℃胁迫处理中，PSII潜在活性Fm/F0在0～3 h下降，在3～6 h上升，在6～12 h下降；在40 ℃胁迫处理中，PSII潜在活性Fm/F0在0～9 h变化不大，在9～12 h上升；在45 ℃胁迫处理中，PSII潜在活性Fm/F0在0～3 h中下降，在3～6 h上升,在6～12 h下降。在50 ℃胁迫处理中，PSII潜在活性Fm/F0在0～6 h下降，6～12 h波动缓慢。

图5 银叶树叶片PSII潜在活性Fm/F0对高温胁迫的响应Fig.5 Response of PSII potential activity (Fm/F0) of silver leaf leaves to high temperature stress

4 结论与讨论

银叶树幼苗叶片在受到45 ℃以下的高温胁迫时，其初始荧光、最大荧光、OJIP曲线、量子产率、非光化学猝灭以及叶片的电导率变化均有限，光合系统未受到较大破坏，细胞膜透性增大程度较为有限；而在受到45～50 ℃的高温胁迫时，OJIP曲线在0～3 h出现了明显的变化、初始荧光F0和最大荧光Fm下降明显，可以认为在此温度区间，银叶树幼苗叶片细胞膜在短时间内遭受到了严重破坏，光合作用系统被破坏严重，植物受伤明显。

环境条件会对叶绿素荧光参数及其光合系统造成影响[13]，在高温胁迫下，叶绿体结构会出现膨胀，结构遭到破坏，从而影响到叶绿素荧光参数及其光合作用[14-17]。在一定温度下，植物对高温具有抗逆性，会在一段时间内恢复原来的光合作用功能;经过恢复，光能吸收速率与之前的几乎没有差异[18-20]。本研究结果显示，当胁迫温度逐渐升高，银叶树PSII光能转化率Fv/Fm、PSII潜在活性Fm/F0等呈现加速下降的趋势；且在高温胁迫达到45 ℃之前，银叶树叶绿素荧光参数各指标下降不明显；在高温胁迫达到45～50 ℃之间，银叶树叶绿素荧光参数各指标下降明显，具体如下：OJIP曲线在短时间高温胁迫后失去曲线特征，初始荧光F0和最大荧光Fm均明显下降，银叶树PSII光能转化率Fv/Fm、PSII潜在活性Fm/F0下降趋势明显。