五种蕨类植物气体交换作用的节律响应

作者：曾云鸿; 蒋海港; 杨霏; Victor RESCO DE DIOS^*; 姚银安^*

来源：植物生理学报, 2023, 59(11): 2107-2116.

DOI：10.13592/j.cnki.ppj.100485

• 蕨类植物
• 昼夜节律
• 气体交换
• 光化学作用
• 光合色素

昼夜节律对光合作用和气孔导度(Gs)的重要调节作用已经在种子植物和藻类植物中进行了系统的研究。然而,最早进化的维管束植物-蕨类植物的相关作用还尚未研究。本研究中以5种蕨类植物为材料进行正常的光周期驯化处理,然后转移至全光照条件下生长,测量正常和全光照下的气体交换和光化学指标,在排除光照影响条件下分析这5种蕨类植物节律响应特点及种间差异,以明确其节律响应特点。结果发现:全光照下,大多数蕨类植物如肾蕨、夏雪银线蕨和鸟巢蕨净光合速率(Pn)表现出了昼夜节律,节律驱动的Pn昼夜变化占15.8%～42.7%,并且肾蕨的光电子传递效率(ΦPSII)、阿波银线蕨的非光化学猝灭系数(NPQ)和夏雪银线蕨的光下最大荧光(F’m)也呈现出了昼夜节律;鸟巢蕨和阿波银线蕨的Gs表现出了昼夜节律;夏雪银线蕨、阿波银线蕨和鸟巢蕨的Pn/胞间二氧化碳浓度(Ci)上也表现出昼夜节律;还有4种蕨类植物在蒸腾速率(Tr)表现出昼夜节律。对其中一种具有较强节律响应的绿地珊瑚蕨进行光合色素、非结构性碳(NSC)含量和光合作用、气孔运动相关基因表达分析发现:蕨类植物的光合作用和水分运输相关基因的表达表现出明显的昼夜节律,如捕光色素复合体蛋白基因(SaLHCB2、SaLHCB5)、碳酰酐酶基因(SaSA2)、玉米黄素环氧酶基因(SaZEP)和水通道蛋白基因(SaPIP1s)等; Pn的变化与淀粉负反馈调节作用和光合作用相关蛋白转录调节相关,而与气孔与叶肉导度无关。蕨类植物的光合作用的节律调节具有较强的保守性,其水分运输消耗与气孔运动具有相对独立的调节作用。本研究结果对于蕨类植物的多样性保护和利用具有重要意义。

• 单位
  西南科技大学