在克隆植物中探索光合色素在光能捕获和叶绿素荧光过程中的作用机理

Plants may adjust photosynthetic pigments content and composition to acclimate to light variation. The location and function of certain carotenoids and chlorophylls have been identified in the past few years by means of biochemical or physicochemical methods. However, due to age and species difference, it is hard to determine the specific functions of carotenoids in the process of plant growth. Our previous research proved intra-clonal exchange of water, nutrients and photosynthate in buffalograss, and the performance of donor ramets was particularly improved due to bigger sink effect of recipient ramet in stressful conditions, thus we suggest that photosynthetic pigments content and composition of donor ramets may also be regulated to support interconnected poor ramets. To test this hypothesis, photosynthesis and chlorophyll fluorescence of interconnected ramets under heterogeneous light treatment were measured along with photosynthetic pigments content and composition, correlation between photosynthetic parameters were analyzed to identify the functions of each carotenoid. To our knowledge, this is the first time that clonal integration was applied as a way to explore the function of photosynthetic apparatus.

植物可以通过调整光合色素的含量和构成来适应光照环境的变化，相当一部分光合色素在光系统中的位点和功能已通过生物化学和物理化学的方法得到证实。然而由于物种差异和叶龄差异等原因，植株水平上光合色素的具体调控机制尚不明确。在以前的研究中，我们证实野牛草克隆分株之间存在养分、水分和光合产物的克隆整合，由于生长在逆境中分株的"库"效应，与其相连的资源条件较好的斑块内的分株其生长性能会大大提高以输出更多的光合产物。因此我们推测，其光合色素含量和构成也会做很大调整来支持受胁迫的分株。我们拟通过测定同质和异质条件下野牛草姊株和妹株的光合色素含量和构成差异，结合光合作用参数和叶绿素荧光参数从光合色素-光能捕获-叶绿素荧光层次来证明我们的假说，此研究将为光合机构的功能研究方法提供新思路。

具有发达匍匐茎的野牛草在蔓延过程中相连克隆分株常生活在异质性的光环境中。有研究证明，在异质性光条件下植株幼叶的解剖结构和光合能力等受成熟叶所处光照条件的影响，而异质性光条件下克隆分株的这些指标是否也受相连分株所处光照条件的影响则未见报道。本项目研究了异质性光对野牛草克隆分株的叶片解剖结构、光合能力、植株形态和生物量的影响。在异质性光环境中，遮阴的野牛草克隆分株的主脉直径、维管束鞘细胞个数、叶片厚度以及近轴侧和远轴侧叶肉细胞的厚度均显著降低；同质性的低光处理对这些解剖指标则没有显著影响。异质性光环境中遮阴分株的光合速率、光化学量子效率和原有分株的生物量显著提高。遮阴分株通过叶片形态上缩减的可塑性生长减少维持其存活的消耗，通过增加光合能力提高遮阴分株的存活率。在异质性光条件下，未遮阴姊株近轴侧/远轴侧叶肉细胞厚度，近轴侧/远轴侧气孔密度和大小均显著增加，而妹株显著降低；未遮阴姊株的光合速率显著提高，而未遮阴妹株的光合速率则没有显著变化；克隆整合促进了未遮阴姊株的生长（匍匐茎长度、总叶片数、总生物量及各组分生物量），却抑制了未遮阴妹株的生长。因此在异质性光条件下，未遮阴的姊株因为与遮阴的妹株相连，光合产物向顶传递导致的更大的“库”效应，而显著受益；而未遮阴的妹株则因为与遮阴的姊株相连而损耗严重，则是由于妹株的解剖结构、光合能力，以及外部形态的生长均受姊株给予的胁迫信号的影响而显著受损。