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论文研究了鼎湖山南亚热带森林演替早期、中期和顶极阶段优势木本植物:马尾松(Pinus massoniana),荷木(Schima superba),黧蒴(Castanopsis fissa),肖蒲桃(Acmena acuminatissima)和黄果厚壳桂(Cryptocarya concinna)对不同生长光强(100%,32%和12%自然光)长期处理的响应。还考察了这些树种离体叶片用不同浓度或处理时间的NaHSO3浸泡(模拟SO2)短期处理的适应和响应策略的差异。从叶片反射光谱、色素组成、光系统II(PSII)活性、光能分配与利用、抗氧化能力和叶绿体超微形态等生理结构和生理生态学角度对被试植物进行了综合的分析与评价,探讨了群落不同演替阶段代表植物对光强和模拟SO2作用的敏感性差异。进而对当今SO2污染加剧条件下南亚热带森林群落的演替和发展进程作出了预测。获得的主要结论如下:
(1)五种木本植物经过三种光照强度长期适应后(21个月),脱环氧化状态(DES)和黄体素(lutein)含量随光强和气温的日变化先升高后降低,最大光化学效率(Fv/Fm)和光系统II电子传递的量子效率(φPSII)则出现相反的变化,其中在100%自然光下的植物变幅最大。长期不同光强处理使几种植物的抗氧化能力(清除有机自由基DPPH·,即1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl水平),叶黄素循环的运行状况和对激发能在两个光系统中的分配与利用方面均出现不同程度的调节。经过33个月不同光照强度的处理后,三种代表植物(马尾松,荷木和肖蒲桃)的叶片反射光谱,电子传递速率的快速光曲线,叶绿素荧光成像图片以及叶绿体超微结构都做了一定的调整。处于演替项极阶段的肖蒲桃和黄果厚壳桂能够更好的适应不同的光强环境。相反,马尾松作为演替的先锋树种对低光照强度的适应性较差。
(2)离体叶圆片经过模拟SO2处理(0,20,50,100 mM NaHSO3浸泡,10h)之后,三个光照强度下五种木本植物叶片的叶绿素总量,叶绿素a/b比值,Fv/Fm和φPSII出现不同程度下降,而lutein(以叶绿素为基数)含量升高。低于100 mM的NaHSO3处理,诱导植物体两种主要的保护机制,叶黄素循环(DES水平)与抗氧化能力(清除有机自由基DPPH·水平)的增加,且其随生长光强梯度及NaHSO3浓度增高的变化趋势在不同植物间存在差别。叶片反射参数中标准化的植被参数(Chl NDI)随着NaHSO3浓度升高而降低。演替的先锋阳性树种马尾松受NaHSO3伤害比其他种类更甚。
(3)三个光强条件下五种植物叶圆片经过模拟SO2处理(0,20,50,100 mMNaHSO3浸泡,10h)之后,低温叶绿素荧光发射量,两个光系统荧光发射峰比值(FPSI/FPSII),叶绿素a快速动力学曲线下降,低温叶绿素荧光偏振度升高。短时间模拟SO2处理伤害了光系统II,改变了色素蛋白复合体结构,并有可能降低了类囊体膜的流动性,影响了光合作用电子传递过程。此外,不同光强下,几个森林树种亚硫酸根氧化酶的活性也有差异,表现出对SO2污染的不同抗性。黄果厚壳桂和肖蒲桃对模拟SO2的敏感性相对较小,演替早期树种马尾松抵御SO2污染的能力最低。
(4)两个自然光强条件下(100%和12%)三种代表植物(马尾松,荷木和肖蒲桃)叶圆片经50 mM NaHSO3溶液中浸泡10小时(纯净水作为对照)后,叶绿素荧光成像和叶绿体超微结构都受到了不同程度的影响。φPSII,NPQ/4和qP的荧光成像面积减少,延长处理时间使叶片丧失热耗散功能。其他症状如类囊体肿胀,片层松散,嗜锇颗粒积累也存在于叶绿体超微结构图片中。以马尾松受到的伤害最为明显,肖蒲桃忍耐性最强。
(5)从本研究结果推断,全球变化中SO2污染的加剧可能会加速这片南亚热带森林的演替进程。