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Ecophysiological adaptation of green roof plant Sedum lineare to temperature variation

屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 32(3):333-339                                2012 年 5 月
 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.05.011
屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应
余孟好,赵 平*,曾小平,倪广艳
(中国科学院 华南植物园,广州510650)
摘 要:以屋顶生长的佛甲草为材料,通过光照培养箱进行不同温度条件处理,分别测量了叶片的CO2 交换、
叶绿素含量、叶绿素荧光参数以及植株不同部位的碳同位素比率变化(δ13C)。结果表明:持续高温/低温、较
大的昼夜温差和叶表面风力的条件下,佛甲草为适应环境变化,光合会由C3代谢途径转变成景天酸代谢途径
(CAM),是兼性CAM植物。短期降温会使叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)发生不可逆失活,光合能力下降;复水后有
助于PSⅡ的恢复和重建,而干旱天气会减缓恢复过程;在不利温度环境中生长的佛甲草老叶掉落较多,剩余
叶片的叶绿素含量和Fv/Fm值增高,光合能力提高。δ13C测定结果显示,高温使嫩叶气孔导度降低,对成熟
叶片气孔导度影响小,佛甲草茎杆虽然含有叶绿素,但没有明显的光合作用。
关键词:佛甲草;景天酸代谢;温度
中图分类号:S566.101  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)03-0333-07
* Ecophysiological adaptation of green roof plant
Sedum lineare to temperature variation
YU Meng-Hao,ZHAO Ping*,ZENG Xiao-Ping,NI Guang-Yan
(South China Institute of Botany,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650)
Abstract:To investigate physiology of S.lineare planted in adverse environment,we conducted measurements of gas
exchange and chlorophyl fluorescence parameters in leaves of S.linearethat grew in roof and was cultivated in a light
incubator for temperature experiment.We also measured carbon isotope ratio(δ13C)in different organs of S.lineare
grown in the incubator under different temperatures for 30days.Main results were as folows:Long term treatment
of high/low temperature,high diurnal temperature difference between day and night and high leaf boundary layer con-
ductance altered by wind force could lead to inactivation of photosystemⅡin leaves of S.lineare and to the switch of
C3photosynthetic pathway to CAM,indicating that S.lineare was a facultative CAM plant;Short term chiling caused
irreversible inactivation of photosystemⅡin leaves of S.lineare;Rehydration would help the recovery of photosystem
Ⅱ,but such recovery would be delayed under dry condition.Planted in an adverse temperature environment would
bring about defoliation,and the chlorophyl contents and chlorophyl fluorescence parameters would increase in the re-
maining leaves of S.lineare.When planted with sufficient water supply,mature leaves of S.lineare did not show a
temperature-sensitivity,but the young leaves would;The measuredδ13C showed decrease of leaf stomatal conductance
of young leaves,but no effect on that of old leaves caused by high temperature.The stems,though containing chloro-
phyl,did present significant photosynthetic capacity.
Key words:Sedum lineare;crassulacean acid metabolism;temperature
* 收稿日期:2011-09-17  修回日期:2011-12-23
基金项目:国家自然科学基金(30871998,41030638,31170673)[Supported by the National Natural Science Foundation of China(30871998,41030638,
31170673)]
作者简介:余孟好(1985-),男,广西河池人,硕士,研究方向为植物生理生态学,(E-mail)howehouse@163.com。
*通讯作者:赵平,男,博士,研究员,研究方向为植物生理生态学、生态系统生理学,(E-mail)zhaoping@scib.ac.cn。
  植物的光合作用代谢途径划分为C3、C4 和景
天酸代谢(CAM),CAM 植物的叶片气孔在日间温
度和水汽压亏缺(VPD)较高时开度变小或关闭,夜
间温度和VPD较低,气孔开放进行气体交换,积累
有机酸 提高细胞渗透势,以便吸收 更 多 水 分
(Lüttge,2004),提高水分的利用效率(WUE)(Os-
mond,1978;Kluge &Ting,1978;Winter &Smith,
1996)。所以,CAM植物适合在沙漠、戈壁、盐碱地
等干旱环境(如仙人掌能生长在极度缺水的环境)生
长。有些CAM 植物在不同的光照强度和昼夜温
度、以及生命周期不同阶段可进行不同光合途径的
转换而被称之为兼性CAM 植物,在昼夜温差较大
时会由C3 代谢转变成CAM代谢,但它们对绝对温
度不敏感(Haag-Kerwer等,1992),而有些CAM 植
物在恒温条件下生长良好(Lüttge &Beck,1992)。
CAM不仅仅是植物对缺水和极端温度环境的适
应,也是维持植物碳平衡以利于繁殖的重要代谢策
略(Herrera,2009)。CAM 植物常被应用于屋顶绿
化,其中佛甲草的种植应用比较广泛。随着城市绿
地面积锐减和热岛效应的加剧,大力推广屋顶绿化,
改善居住环境和提高生活质量,无疑是一项重要的
生态工程。屋顶环境最明显特征是光照强烈、温度
高、昼夜温差大,佛甲草如何适应屋顶的生态环境是
我们关注的问题。本文通过观测佛甲草对温度变化
的生理生态响应,借助培养箱研究佛甲草对温度梯
度的适应策略,为进一步在城区发展和推广佛甲草
的绿化应用提供理论和实验依据,制定有效的种植
和管理措施。
1 材料与方法
1.1实验材料
供试佛甲草材料取自广州市区4个屋顶绿化试
验点(分别于2003、2004、2005和2008年种植),所
有种植基质的配方相同。从各个试验点中随机取6
个样品,实验前将植物连同基质移至20cm×10cm
×8cm的塑料盘中,在距底部1cm盘壁处开凿若
干排水小孔,排掉盘中多余的雨水,放置在华南植物
园实验大楼屋顶,自然状态下生长,不进行人工浇水
与施肥。
1.2培养箱温度梯度实验
温度培养实验于2010年11月在实验室进行,
采用 RH-250光照培养箱(广东省医疗器械厂,中
国)培养。参照广州夏冬季节的最高和最低温度设
置温度梯度,将佛甲草样品分成4组,每组3盆重
复,培养箱每天7:00~18:00时进行光通量强度均
为10 000lx的人工光照,其余时间关闭光源。A组
光照时温度为10℃,无光照温度降至5℃;B组光
照时温度设置为15℃,无光照时5℃;C组参照高
温环境,光照时温度设置为40℃,无光照时30℃;
D组作为对照置于楼顶自然条件下生长。每天浇水
至田间持水量,观察佛甲草样品生长状况并测量相
关参数,1周后叶片凋落较多时只测量夜间气体交
换,30d后测量各部位的碳同位素比率。
1.3气体交换参数
采用 Licor-6400便携式光合测定系统(LI-
COR,美国)测定叶片的气体交换参数。由于佛甲
草叶为肉质轮生叶,Licor-6400配备的叶室不适用
于佛甲草叶片的气体交换测定,我们结合仪器特点
和叶片形状,自行设计圆柱形叶室,将轮生叶通过开
关按钮自然直立于叶室中,茎部穿过叶室底部中央
可调节松紧的小孔,形成密封状态,气路循环系统保
持不变。干旱连续48h测量每盆的佛甲草,各组3
次重复。对不同温度处理样品,每天22:00时测量各
种处理的4个样本的气体交换,3次重复。首先假定
佛甲草叶面积为10cm2,测量结束后将实际测定的叶
面积输入主机,重新计算气体交换的测定指标。
1.4叶绿素荧光参数
叶绿素荧光参数测量参照Schreiber(1986)方
法,用脉冲调制荧光仪(PAM,Walz,Germany)测定
叶片的叶绿素荧光曲线。由于佛甲草叶片太小,无
法测量单叶的荧光参数,每次需随机选取不同植株
的3个叶片进行一次性测量,每组3次重复,每天
22:00时待植物充分暗适应后进行测定。初始荧光
Fo是用暗适应的叶片在弱调制测量光(0.05μmol
photons m-2·s-1)下诱导产生,最大荧光Fm则是在
Fo之后用强饱和脉冲(500μmol photons·m-
2·
s-1)激发,根据Fo和Fm 计算Fv/Fo,以及Fv/Fm
=(Fm-Fo)/Fm。
1.5叶片叶绿素含量
采用丙酮比色法测定同时用于荧光参数测量的
佛甲草叶绿素含量,每次称取新鲜样品0.1g,研磨、
过滤并定容至10mL,以80%丙酮为空白对照,利
用UV-3802型紫外可见光度计(Unico,美国)在波
长663nm、645nm下测定光密度。计算叶绿素a
和b含量:
433 广 西 植 物                  32卷
Ca=12.7·OD663-2.69·OD645
Cb=22.9·OD645-4.68·OD663
CT=Ca+Cb
其中,Ca 为叶绿素a含量,Cb 为叶绿素b含量,
CT 为总叶绿素含量,单位mg·L-1。
1.6叶片碳同位素比率
不同温度处理30d后,从12盘佛甲草样品中
每盘随机选取一株佛甲草样品,利用中国科学院广
州地球化学研究所的 MAT-252稳定同位素质谱
仪,测定植株成熟叶片、嫩叶和茎的碳同位素比率
(δ13C)。
δ13 C=[Ra/Rs+d-1]×1000
式中,Ra 和Rs+d分别为空气和PDB标准样品
的13C/12C摩尔比率。
1.7数据处理
用 Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0对实验
数据进行处理及统计分析,测定结果取平均值±标
准误,根据实验目的对数据进行t检验、单因素方差
分析(one-way ANOVA)和最小显著差法(LSD),以
Microsoft Excel 2003和Sigmaplot 9.0制作图表。
图1 不同种植年份佛甲草CO2交换的昼夜变化
Fig.1 Diurnal course of CO2exchange in leaves of S.lineare of different ages(mean±SE,n=3plants)
2 结果与分析
2.1佛甲草叶片CO2 同化速率的昼夜变化
如图1所示,在晴朗高温(23~32℃)天气,4组
不同年份佛甲草夜间基本上为CO2 释放,阴天夜间
的CO2 交换有正有负,显示部分佛甲草转换成
CAM模式,而个别植株还是维持C3 代谢模式。晴
天夜晚18:00~4:00时,佛甲草的CO2 交换速率不
同,但都为负值;18:00~0:00时CO2 释放速率较
大,0:00~6:00时,逐步下降。6:00时2004和
2008年样品的CO2 同化速率超过了光合补偿点,出
现净CO2 吸收;2005年样品呼吸速率仍大于光合作
用,2003年样品则刚到达光补偿点。从8:00时开
始,逐渐增强的太阳辐射为光合作用提供了足够能
量,CO2 吸收速率迅速增高。阴天多云天气,18:00
时由于太阳辐射消失,植物以呼吸作用为主,22:00
~4:00时,2004、2005和2008年的样品出现CO2
的净吸收;紧接下来的日间,这3组佛甲草的CO2
吸收速率较稳定,可能是夜间吸收的CO2 为白天的
光合作用提供充足的碳源;而2003年种植的样品由
于夜间消耗太多CO2,日间用于光合作用的有机物
减少,加上阴天辐射较弱,光合速率下降明显。
2.2不同温度下代谢途径的转换
在判定佛甲草是兼性CAM 植物后,以培养箱
测试持续高温/低温及不同昼夜温差对光合途径的
影响。表1是移植后第1、7、14和21天22:00时各
温度下佛甲草CO2 的交换状况。处理第1天,水分
供应充足,不同温度下的佛甲草夜间出现净CO2 释
放,以C3 代谢途径为主。处理1周后,A、B和C组
佛甲草仍为C3 代谢,而室外23℃环境下生长的D
组转变成CAM,原因可能是秋冬季节太阳辐射仍
然较强,而大部分叶片衰老后光合能力下降,容易出
现光抑制,转变成 CAM 能提高叶片内部 CO2 浓
度,降低光抑制影响;或者屋顶的风力使叶表面与空
气界面层导度增大,蒸腾失水增多,引起代谢途径转
换。第14天,4组佛甲草夜间均为 C3 代谢途径。
第21天,5~10℃温度环境中生长的A组佛甲草仍
为C3 途径,而在5~15℃环境生长的B组、30~40
℃高温环境生长的C组和自然温度(23℃)中生长
5333期         余孟好等:屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应
的D组佛甲草均为CAM。CAM 植物有平衡每天
吸收C量的趋势(Winter等,1996),B组在5~15
℃环境下转变成CAM,是为了提高植物总碳同化
量,或者是昼夜温差较大引起代谢途径变化。C组
在30~40℃高温环境下转变成CAM,则是日间温
度超过了佛甲草最适生理温度,CO2 吸收受限制,
CAM夜间吸收的CO2 能维持植物的生物量。D组
转变成CAM可能是为了提高叶片内部CO2 浓度,
降低光抑制的影响。A组佛甲草在最低温度下保
持了夜间CO2 释放,是由于白天气温低,光合作用
效率低,不能为夜间的CO2 吸收提供足够的代谢底
物,而且CAM需要的能量相对更多,培养箱光照条
表1 不同温度处理后各时段佛甲草的CO2交换
Table 1 CO2exchange of S.lineare plants for various time periods
under different temperature(mean±SE,n=3plants)
各时段的佛甲草CO2 同化速率
CO2assimilation in different time(μmol m
-2·s-1) A  B  C  D
第1天on the 1st day -0.55±0.12 -0.27±0.13 -0.40±0.13 -0.20±0.19
第7天on the 7th day -0.29±0.08 -0.48±0.08 -0.10±0.02  0.45±0.03
第14天on the 14th day -0.22±0.05 -0.67±0.21 -0.39±0.02 -0.18±0.03
第21天on the 21st day -0.35±0.002  0.13±0.02  0.36±0.05  0.34±0.18
 注:气体交换测量在22:00时进行;A:白天温度10℃,夜间5℃;B:白天温度15℃,夜间5℃;C:白天温度40℃,夜间30℃;D:自然温
度。下同。
 Note:Measurements were made at 22:00;A:10℃/5℃in the day/at night;B:15℃/5℃in the day/at night;C:40℃/30℃in the day/at
night;D:ambient temperature.The same below.
件不容易满足其代谢途径改变后所需的能量。
2.3叶绿素荧光参数
许多CAM植物对耐受限度范围内的持续高温
或低温不敏感,对温度的变化则比较敏感(Haag-
Kerwer等,1992)。由图2可见,当环境温度由27
℃降至22℃,佛甲草叶片最大荧光值Fm 迅速下
降,初始荧光值Fo增加,造成光合系统Ⅱ(PSⅡ)的
电子传递效率Fv/Fm 值大幅下降。气温回升,Fm
值仍缓慢下降,Fo值变化小,Fv/Fm 值回升小,说
明佛甲草对降温敏感,降温造成叶片PSⅡ发生不可
逆失活。
将不浇水处理的屋顶佛甲草移入培养箱进行复
水实验,图3是4组佛甲草由干旱复水后的荧光参
数变化情况:A组转移到培养箱后,由于水分充足
和箱内环境温度较低(5~10℃),Fo值缓慢上升,
而充足的水分使PSⅡ有一定程度恢复,Fm 值逐渐
上升并抵消了Fo的上升,Fv/Fm 值在前两天无明
显变化;第3天PSⅡ逐渐恢复,Fo值下降,Fm值仍
缓慢上升,Fv/Fm值大幅上升。B组的日间温度由
于比A组相对较高,PSⅡ受限过程较慢,Fo和Fm
值变化幅度小,但前两天Fo和Fm 值仍缓慢上升;
从第3天开始,由于对低温的适应性以及水分对光
合系统受低温影响的缓解作用,Fm 值开始稳定,Fo
值明显下降,Fo/Fm 值大幅上升,最大光量子产量
增大。C组Fo值先小幅增长,再略有下降并保持稳
定,Fm在前两天则基本保持不变,显示佛甲草光合
器官对高温的适应性;得益于Fm的稳定和Fo的下
降,佛甲草从第3天开始Fv/Fm 值大幅上升,随后
保持较稳定状态。D组在自然环境下生长,由于生
长环境无变化,而水分得到补充,前3天的Fo值和
Fm 值缓慢上升,但前者上升相对较快引起Fv/Fm
值小幅度下降;第4天开始,因为PSⅡ得到较长时
间恢复,Fo值下降,而Fm 值仍较稳定,Fv/Fm 值
大幅上升,光合能力提高。
图2 降温后佛甲草叶绿素荧光参数变化
Fig.2 Changes of chlorophyl fluorescence parameters
in leaves of S.lineare after short time chiling
(mean±SE,n=3plants)
2.4叶绿素含量变化
图4显示经过不同温度处理1周后样品的叶片
叶绿素含量变化。处理前4组佛甲草叶片叶绿素含
量分别为(0.13±0.08)、(0.21±0.12)、(0.13±
633 广 西 植 物                  32卷
图3 干旱复水后叶绿素荧光参数变化
Fig.3 Change of chlorophyl fluorescence parameters in leaves of S.lineare after rehydration(mean±SE,n=3plants)
0.07)、(0.13±0.07)mg·g-1,没有显著差异,说明
在同一环境下生长的不同种植年份的佛甲草对资源
的竞争利用比较均衡,叶片光合能力差别不显著。
培养1周后,A组的老叶片掉落较多,剩余叶片叶绿
素含量则上升至(0.21±0.01)mg·g-1,与处理前
含量有显著差异(P<0.05)。B组剩余叶片叶绿素
含量(0.231±0.002)mg·g-1,与处理前浓度有显
著差异(P<0.05)。C组剩余叶片叶绿素含量升高
至(0.39±0.14)mg·g-1,与处理前有极显著差异。
D组剩余叶片叶绿素含量升高至(0.35±0.05)mg
·g-1,处理前后有极显著差异。在不利温度下生
长,佛甲草老叶片掉落较快,剩余叶片的叶绿素含量
显著提高,体现了佛甲草采取落叶减少维持生长所
需能量,同时提高剩余叶片的光合能力的生长策略。
在高温和自然温度下生长的样品前后叶绿素含量差
异极显著,说明佛甲草对较高温度的适应能力比对
低温强。
2.5碳同位素比率变化
图5是不同温度处理30d后佛甲草植株各部
分的碳同位素比率(δ13 C)平均值。A组嫩叶δ13 C
比茎高0.3‰,茎的δ13 C比成熟叶片高2.53‰,各
部位差异不显著。B组嫩叶δ13 C比茎高1.3‰,茎
比成熟叶片高1.1‰,成熟叶片和嫩叶的δ13 C存在
图4 不同温度处理一周后叶绿素含量的变化
Fig.4 Effects of different temperature on chlorophyl
contents in leaves of S.lineare after one-week
treatment(mean±SE,n=3plants)
显著差异(P<0.05)。C 组嫩叶 δ13 C 比茎高
2.66‰,茎比成熟叶片高1.27‰,各部分间无显著
差异。与前面3组不同,D 组茎δ13 C 比嫩叶高
0.8‰,嫩叶比成熟叶片高1.87‰;茎和成熟叶片
δ13C有极显著差异(P<0.01),嫩叶与成熟叶片的
差异显著(P<0.05),说明高温下嫩叶与成熟叶片
的CO2 交换活动存在差异。
如果对比不同组处理相同器官的δ13 C,A组的
茎δ13C最低,为(-28.90±0.95)‰,B组、D组分别
7333期         余孟好等:屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应
次之,C组最高,为(-27.86±0.58)‰,但各种处理
间差异没有达到显著水平。茎部δ13 C差别小,显示
新合成有机物的运输过程中没有显著的分馏作用,
由于茎的δ13C只反映了之前生长的环境条件的影
响,说明茎秆虽然含有叶绿素,但光合作用不明显。
对于成熟叶片的 δ13 C,C 组最高,为(-29.13±
1.83)‰,显示了佛甲草成熟叶片对高温具有较强的
适应能力,B组的δ13 C次之,为(-29.96±0.95)‰,
A组为(-30.93±0.71)‰,D组最低,为(-31.43±
0.60)‰,各组的δ13C间也没有显著差异,显示不同
气温对成熟叶片δ13 C影响不明显,气孔导度受抑制
程度小。对于嫩叶,C 的δ13 C 最大,为(25.2±
0.75)‰,B组次之,比率为(27.56±0.29)‰,A组
为(28.6±1.01)‰,D组为(29.06±0.14)‰。C组
尖叶与B组、D组的δ13C差异显著(P<0.05),与A
组差异极显著(P<0.01),显示高温下佛甲草叶片
图5 不同温度培养30d后佛甲草不同部位碳同位素比率(a,b表示在P≤0.05水平上差异显著)
Fig.5 Carbon isotope ratios in different parts of S.lineare with different temperature
treatment for 30d(a,b indicate significant differences between means at P≤0.05level;mean±SE,n=3plants)
气孔对生理活动的控制作用较强,水分利用效率高。
在不利环境下,老叶片掉落较多,嫩叶水分利用效率
和光合能力的提高,适于抵抗不利环境条件影响。
3 结论与讨论
兼性CAM 植物通过由C3 代谢途径到CAM
的转换以适应不利环境条件(Walter,2008),同时也
是为了保持植物碳平衡(Herrera等,2009),提高叶
片内部 CO2 浓度以提升光合速率(Ceusters等,
2009)。由C3 代谢途径转为CAM 时,兼性CAM
植物叶片生长会停止,所有的碳水化合物用于夜间
同化CO2 的反应底物。干旱条件下佛甲草代谢途
径转变成CAM,提高了 WUE,表现出潜在的适应
能力,同时利用植物贮存的碳水化合物进行夜间
CO2 同化,而且CAM 比C3 代谢需要更多光量子
(Johnson等,1993)。但是,即使佛甲草在夜间进行
CO2 吸收,但吸收量较少,属于弱CAM 植物。兼性
CAM植物对耐受限度范围内的绝对高温/低温不
敏感,而昼夜温差加大会促进代谢途径的转换
(Haag-Kerwer等,1992)。移植至培养箱后,A 组
佛甲草在5~10℃温度环境生长,观测时段没有出
现夜间CO2 吸收;B组在5~15℃温度环境生长出
现夜间CO2 吸收,可能是不同昼夜温差的持续影响
导致代谢途径的差别;C组在30~40℃温度环境下
生长也出现夜间CO2 吸收,猜测是植物为适应高温
后伴随出现的干旱而作出的前馈反应;D组生长在
屋顶环境,夜间CO2 吸收出现的频率更高,因为屋
顶空气流动大,叶片蒸腾失水加快,佛甲草通过代谢
途径的转变适应易于失水的环境。影响兼性CAM
833 广 西 植 物                  32卷
植物代谢途径的环境因子很多,佛甲草在不同环境
条件下选择哪种代谢途径,关键取决于起限制作用
的主要环境因子。
干旱条件下Fv/Fm 值的下降更多是由于Fo
增高引起的,突然降温Fo值上升,Fv/Fm值大幅下
降,说明佛甲草对温度变化敏感。移植至培养箱后
4组佛甲草从不利温度环境生长到重新获得水分,
叶片Fv/Fm值均有明显恢复,显示水分是秋季限
制佛甲草生理活动的最主要因素,而充足的水分有
助于维持光合系统的活性。从屋顶到培养箱,佛甲
草光合能力恢复进程表明即使土壤水分充足,干旱
空气也会影响叶片的生理活动。
叶绿体是光合反应的场所,叶绿素含量决定植
物转化接收太阳辐射的效率。叶绿素含量与植物种
类有关,也与叶片所获得的资源量有关。自然环境
下生长不同年龄的佛甲草叶片叶绿素含量接近,显
示不同生长期的佛甲草都能充分利用资源,叶片形
态建设达到最佳;而光合能力差异不显著,也说明被
测植株在竞争中有自己独特的优势。经过不同温度
处理一周后,大量老叶片掉落,而剩余叶片的叶绿素
含量反而均有增加。其中高温处理的叶绿素含量增
加极显著,低温和自然生长样品有显著提高,这是佛
甲草为了减少维持生命所需的能量,以老叶掉落的
方式减少能量需求,并将老叶中营养物质转移到新
叶,使新叶的叶绿素含量明显增加,说明佛甲草生理
活性的改变较适合高温环境。
对C3 作物的研究显示,不同部位的δ13 C不同,
根部比叶片和茎秆更易富集13C,同化物在植物各部
分分配和运输会产生碳同位素的分馏(Zhao等,
2004;Farquhar等,1984;Hubrick等,1989),水分因
素对δ13C影响最明显,温度对δ13 C的影响较复杂。
温度培养箱试验显示,4组佛甲草各部位δ13 C低于
C3 植物平均值(-26‰),说明佛甲草在生长周期的
大部分时间的光合代谢主要是C3 途径。随着处理
温度增高,各实验样品δ13 C值增高,初步推测是温
度增高后呼吸作用活跃,优先利用含12 C的较轻的
化合物,致使δ13C不断提高。4组佛甲草样品茎部
的δ13C比较接近,说明茎部物质大部分是实验处理
前合成的,代表的是佛甲草长期的生长状况,反映了
茎部气体交换活动很微弱或者不存在,茎部可能没
有光合作用,导致δ13C差别小。由于从光合产物转
化成次生产物时也存在分流,植物体内不同组织和
器官δ13 C值尽管差值较小但会有所不同(Brugnoli
等,1988;Lauteri等,1993)。植物吸收大气CO2 到
有机质的形成,以及有机质在植物体各部位之间的
运输,都可能存在碳同位素分流(Ning等,2002),这
是4组佛甲草成熟叶片δ13 C值均低于茎和嫩叶的
原因。较低的δ13 C意味着较低的 WUE,说明在不
利温度下佛甲草对成熟叶片气孔导度的控制比较粗
放;而嫩叶的δ13C普遍较茎和大叶的值高,说明嫩叶
对环境条件变化敏感,能迅速改变自身生理活动来适
应环境,WUE相应提高(Farquhar等,1982;Winter
等,1982)。Urey等(1947)首先提出,不同温度下植物
合成的化合物13C的数量可能不同。Huc等(1994)研
究结果表明,相同栽培条件下,先锋种比后期种具有
较小的δ13C值,即较低的 WUE;但同时表现出对水
分和养分摄取上更高的竞争力,δ13C较低显示佛甲草
有速生物种的生长特征,在种植后能迅速生长至最佳
生理状态,有利于绿化管理。嫩叶较高的δ13 C值,表
明嫩叶的生长受气孔的控制较强,对不利环境条件适
应能力较强。老叶不断掉落的情况下,剩余叶片以及
整个植株的 WUE也会提高,这是植物对伴随高温
的干旱作出的前馈反应(Shulze,1986)。
佛甲草通过C3 代谢途径到CAM 的转换提高
WUE,在不利温度条件下老叶掉落以减少维持生命
所需能量,提高剩余叶片光合能力,以适应不利环境
条件,较适宜在屋顶大规模种植。要准确判定佛甲草
代谢途径变化的温差、水分状况等环境条件的临界
值,尚需长期观测和对更多生理生态指标的分析,多
角度地观测它们对胁迫的忍耐能力和生理状况。
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9333期         余孟好等:屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应
化胁迫与抗真菌能力(Sarowar等,2005)。因此,
APX基因在植物耐逆性的研究中有着重要的意义。
在分子克隆的过程中,利用Taq酶具有的非模
板依赖性末端转移酶活性,将PCR产物3′末端加入
一个脱氧腺嘌呤核苷(A)。同时将克隆载体平端线
性化后,在其3′末端加入一个脱氧胸腺嘧啶核苷
(T)(本研究中所用的pTZ57R/T载体已有商品化
供应)。从而根据T/A碱基互补配对原理,可以将
加A后的PCR产物直接克隆入T载体,这种方式
称为 TA 克隆 (于永利等,1994)。本研究利用
pTZ57R/T载体,利用TA克隆的方法成功地构建
了pTZ57R/T/APX重组质粒,为采用T载体克隆
其它目的基因扩增片断提供了经验;同时,菘蓝
APX基因重组质粒的构建,可为下一步深入研究
其作用机制及其临床应用奠定基础。
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