常绿杜鹃花在越冬过程中的光保护作用研究成果在EEB上发表

——夏宜平教授团队刘冰博士生论文在线发表

常绿木本植物在越冬过程中主要受到两个环境因素的胁迫—低温和强光。秋冬季短日照和低温诱导植物进行冷驯化，使植物组织耐寒性增加，从而抵御冬季低温胁迫。冬季低温抑制光合作用相关酶的活性，降低植物光合作用能力，但叶绿素却持续吸收光能。这种现象导致了植物在越冬过程中，叶片中能够被光化学作用利用的光能远小于叶片吸收的光能。如果植物不能够及时地处理多余的光能，被激发的叶绿素（1Chl*）将能量传递给氧，最终会导致大量有害氧自由基的产生（图1）。

图1光能过剩

该实验研究在美国爱荷华州立大学园艺系进行。我们选择原产于北美的常绿杜鹃花—Rhododendroncatawbiense的高低海拔生态型为材料，探讨不同原生地环境生态型如何应对冬季低温和强光照胁迫。R.catawbiense的高海拔生态型（highelevationecotype,HE，海拔约m）生长于全光照条件下，低海拔生态型（lowelevationecotype,LE，海拔约85m）生长于落叶乔木下（图2）。以4年生的盆栽实生苗作为实验材料。

图2高低海拔生态型杜鹃花R.catawbiense的原生地自然环境和月平均温度示意图

通过对高低海拔生态型R.catawbiense叶片耐寒性、光合作用速率、叶绿素荧光、类胡萝卜素类色素含量日变化和季节性变化的测定，我们发现，生长在不同地区的同种植物受到原生地自然生态环境的影响，在实验地表现出了不同的冷驯化特性和光保护机制。

图3冷驯化过程中，高低海拔生态型叶片耐寒性的变化

图4高低海拔生态型R.catawbiense叶片光饱和条件下的净光合速率（bars），细胞间CO2浓度（Ci）的季节性变化和气孔导度（Gs）

研究发现：

1）与高海拔生态型相比，低海拔生态型杜鹃花在冷驯化第一阶段对缩短的光周期响应较敏感，但其叶片耐寒性较弱；2）在越冬过程中的杜鹃花存在多种光保护机制，包括可逆的叶黄素循环、不可逆的叶黄素循环、光合系统II反应中心降解等；3）夏季，两种生态型杜鹃花以可逆的叶黄素循环作为主要的光保护作用机制；冬季，二者以不可逆的叶黄素循环作为主要的光保护作用机制。4）从夏季到冬季，低海拔生态型对可逆叶黄素循环的利用率始终高于海拔生态型（图5）。

图5从夏季到冬季，高海拔生态型（HE）和低海拔生态型（LE）R.catawbiense利用叶黄素循环作为光保护机制的程度（每个圆形右下角的数字），及可逆的叶黄素循环（RXC）和不可逆的叶黄素循环（SD）各自所占的比率（百分数）

该项研究帮助我们了解常绿杜鹃花在越冬过程中的光保护机制，同时也证明了原生地生长环境对于植物冷驯化过程中环境胁迫响应的影响。目前国内外的同类研究报道不多。

该项研究成果已于年4月24日在EnvironmentalandExperimentalBotany（EEB）正式发表，下载链接：