树枝绿色组织和叶片光合对气候变化(高温、干旱)响应及相关光合酶基础研究

叶片光合对全球气候变化(高温和干旱)响应研究较多，但对碳固定有别于叶片、普遍存于树枝(干)表皮内且全年存在的绿色组织响应仍未知。选择落叶阔叶杨树和常绿针叶红松为对象，根据当地气候变化多年均值，在生长季、休眠季及其间分别设置高温和干旱处理，通过光合、呼吸速率、PSII效率、电子传导速率测定及其与N、P关系确定树枝与叶片对气候变化响应差异；通过激光共聚焦和透射电镜叶绿体微形态观察、7种C3、C4酶（Rubisco，PEPC,NADP-ME,NAD-ME,PEPCK,PPDK,NADP-MDH）酶活性测定及western杂交分析和动力学特性（米氏常数, 最佳pH值，Ic50）、δC13分馏差异等研究，确定不同类型植物、不同季节树枝绿色组织与叶片光合响应差异的生理生化基础，旨在判断C3、C4光合酶变化等是否支撑二者对气候变化响应的差异及C4光合是否增强，并结合生物量等，评价其对植株个体碳收支影响。

项目组已完成既定的研究任务。通过本项目的研究初步揭示了杨树和红松叶片和树皮绿色组织干旱和高温胁迫下的适应机制，及叶片和树皮绿色组织存在的差异。研究结果如下：（1）红松和杨树的树皮绿色组织均存在一定的光合作用，其对干旱和高温的响应与叶片相比均存在一定差异。干旱和高温对红松和杨树的叶片和树皮绿色组织均产生了明显的影响。干旱和高温并未使杨树和红松的C4光合途径增强。（2）干旱胁迫下杨树叶片光合的降低主要是气孔因素和非气孔因素共同作用引起的。复水后，叶绿素荧光参数恢复到对照水平。Pn和Gs得到部分恢复，复水后气孔因素是限制光合作用的原因。干旱胁迫增加了叶片和树皮绿色组织活性氧的产生并诱导了膜质过氧化，较高的抗氧化酶活性起到了很好的保护作用。干旱及复水对氮元素含量和米氏常数均未产生明显影响。干旱处理中，杨树叶片所测定的光合酶的活性均降低，复水后部分恢复。杨树茎中RuBp和NADP-MDH的活性比对照增强，但其他光合酶的活性均表现为降低。（3）随着温度的升高, 杨树叶片和树皮绿色组织主要通过Gs的增大而使Pn和PE增强。杨树叶片和树皮绿色组织叶绿素荧光特性和气体交换特性随着温度升高而呈现出部分相同的响应，在33℃处理中，叶片与树皮绿色组织PSII效率下降，主要表现为qP、ETR和￠PSII等指标下降。杨树皮下绿色组织所有光合酶（PEPC、ME、NADP-MDH、PPDK、RUBP）活性都高于叶片（p<0.05）。树皮绿色组织与叶片各光合酶活性对温度升高响应呈现不一致反应。（4）干旱胁迫对红松针叶和树皮绿色组织叶绿素荧光参数也有一定影响。在气体交换方面，红松树皮绿色组织与针叶对干旱响应基本一致。针叶和树皮绿色组织Pn的下降是由气孔导度的下降和光系统II效率下降共同引起的。复水后，针叶和树皮绿色组织的Pn均恢复到对照水平，红松表现出较好的恢复能力。干旱胁迫及复水对红松针叶光合酶活性也产生一定影响。树皮绿色组织和叶片呈现出不一致的反应。（5）不同温度处理对红松针叶和树皮绿色组织的气体交换、叶绿素荧光特性、氧化酶、光合酶及σC13值等均产生一定的影响，但对解剖结构未发生明显影响。. 本项目将有助于更好的理解全球气候变暖条件下树木的适应机制，已达到预期的研究目标。