增温方式和光质对杉木和木荷幼苗类异戊二烯通量的影响

作     者：马方园 

作者单位：福建农林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：易志刚

授予年度：2022年

学科分类：0907[农学-林学] 07[理学] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：增温方式 光质 类异戊二烯 光合参数 酶活性 

摘      要：全球增温和光质改变等气候变化对生态系统物质循环产生重要影响,且类异戊二烯(包括异戊二烯(ISO)和单萜烯(MTs))的合成与释放是植物参与生态系统碳循环的重要途径。现有的增温试验大多数是根据生态系统的类型和试验对象而运用不同的增温装置,使得增温实验结果的整合分析存在困难,增加了模型预测的不确定性。另外,关于植物类异戊二烯通量对光质的响应机制并不清楚。因此,在“碳达峰,碳中和背景下,探究增温方式和光质对植物类异戊二烯通量的影响,以期为分析森林生态系统碳循环对气候变化的响应提供数据支撑。本研究以2年龄盆栽杉木(Cunninghamia lcunninghamia)和木荷(Schima Superba)为研究对象,利用自制式开顶箱(Opten top chamber,OTC),设置未增温(CK)、红外辐射器增温(IR)和电热线增温(HW)3个处理;利用步入式人工气候箱(Artificial climate chamber,ACC),设置白光(WL)、红光(RL)和蓝光(BL)3个处理,探究增温方式和光质对杉木和木荷类异戊二烯通量、光合参数和相关酶活性的影响。主要结果如下:增温方式试验:(1)处理1、2个月,增温导致杉木和木荷类异戊二烯通量增加,这是由于温度升高引起异戊二烯合成酶和单萜烯合成酶活性增加,进而导致类异戊二烯通量增加。另外,温度升高引起植物气孔导度增加,进而导致净光合速率增加,从而为类异戊二烯合成提供了足够的碳源。处理3个月,增温导致类异戊二烯通量降低,HW处理下,杉木和木荷ISO通量均达到最小值(3.72±1.48 pmol m s、4.70±1.36 pmol m s),这是由于处理3个月时环境温度超过异戊二烯合成酶和单萜烯合成酶的最适温度,从而导致其活性降低,进而引起类异戊二烯通量降低。IR处理抑制木荷MTs通量,增温1、2和4个月,木荷MTs通量分别降低了32.9%、36.2%和51.9%,这是由于IR处理导致木荷气孔导度降低,MTs在气孔外的扩散速率不能维持原有的释放速率,最终引起MTs通量下降。杉木MTs以α-蒎烯、柠檬烯和α-松油烯为主,木荷MTs以α-蒎烯、β-蒎烯和柠檬烯为主。其中α-蒎烯占比随增温时间延长而减少,柠檬烯与α-蒎烯相反。(2)IR和HW处理对杉木和木荷类异戊二烯通量的影响存在差异。与IR相比,HW对植物类异戊二烯通量的影响更显著(P0.05),这是由于IR更大程度上改变的是植物呼吸作用而对光合作用产生的影响更小。增温处理导致杉木和木荷过氧化氢含量增加,其中HW处理下效果更显著(P0.05),这表明HW对植物生理产生的扰动更大。光质试验:(1)处理10 days时,BL处理下,杉木和木荷ISO通量增加均达到最大值(24.66±4.50 pmol m s和154.41±44.30 pmol m s),与WL处理相比,分别增加了322.2%和29.5%。处理20 days和30days,红光和蓝光处理导致杉木和木荷ISO通量降低,这主要是由于光质导致杉木和木荷净光合速率、异戊二烯合成酶和单萜烯合成酶活性发生变化,进而导致类异戊二烯通量发生变化。杉木和木荷MTs通量对光质的响应与ISO不一致,且MTs通量对光质的响应没有ISO通量对光质的响应显著,这可能是由于ISO和MTs的合成的路径不一致。杉木MTs以柠檬烯、α-蒎烯和α-松油烯为主。在红光和蓝光处理下,柠檬烯占比随处理时间先增加后减小,处理20 days时,柠檬烯占比达到最大值,分别为89.8%和84.8%。木荷MTs以柠檬烯、β-蒎烯和γ-松油烯为主。β-蒎烯占比随着处理时间延长逐渐减小,γ-松油烯相反,柠檬烯则随着处理时间先增加后减小。处理20days,红光和蓝光处理下,柠檬烯占比均达到最大值,分别为92.6%和88.6%。处理30 days,红光和蓝光处理下,γ-松油烯占比达到最大值,分别为29.2%和37.4%。(2)红光和蓝光处理均导致杉木和木荷净光合速率增加,且蓝光处理下效果更显著。处理10 days、20 days和30 days,蓝光处理导致杉木净光合速率增加了174.8%、122.3%和107.7%,木荷净光合速率增加了82.2%、103.9%和97.9%,这是由于红光和蓝光处理导致气孔导度增加,且促进叶绿素与类胡萝卜素合成,进而增强植物的光合作用。不同光质处理下杉木和木荷过氧化氢含量和过氧化氢酶活性随处理时间均无显著差异,说明红光和蓝光对杉木和木荷的氧化胁迫伤害程度较轻,植物可以通过调节其体内的抗氧化酶水平从而使活性氧自由基达到平衡。综上所述,杉木和木荷类异戊二烯通量对增温的响应随着处理时间的变化而变化。红外辐射器增温和电热线增温对杉木和木荷类异戊二烯通量的影响存在差异,其中电热线增温对植物的影响更显著。红光和蓝光处