氣候變化致使熱浪、寒潮等極端天氣事件日益增多。植物對(duì)極端溫度的耐受能力，對(duì)于其在極端環(huán)境下的生存與生長(zhǎng)至關(guān)重要。利用葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fm隨溫度的變化來(lái)評(píng)估植物葉片光合系統(tǒng)Ⅱ的熱力耐受能力，是當(dāng)前常用的一種快速評(píng)估方法。然而，采用該方法測(cè)量植物的耐熱和耐冷性時(shí)，葉片的溫度處理均在黑暗條件下進(jìn)行。但在實(shí)際情況中，往往是高溫與強(qiáng)光相伴、低溫與弱光并存。

為了深入探究光照對(duì)植物熱力耐受性的影響，該研究選擇了中國(guó)科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡(jiǎn)稱“版納植物園”)的20種自然生長(zhǎng)的冠層樹種為研究對(duì)象。在熱處理時(shí)，設(shè)置不同光照強(qiáng)度，測(cè)量其光合系統(tǒng)Ⅱ的耐熱性;在弱光條件下，進(jìn)行冷處理，測(cè)量其光合系統(tǒng)Ⅱ的耐冷性。研究發(fā)現(xiàn)弱光(300μmol·m2·s?1)對(duì)耐熱性的影響呈現(xiàn)出物種特異性，而強(qiáng)光(1000μmol·m2·s?1)則降低了所有測(cè)試樹種的耐熱性(番石榴Psidium guajava的T50_h的變化不顯著，其余物種均達(dá)到顯著水平)。其中Tcrit_h的變化范圍為-13.96 ℃ ~ -1.96 ℃;T50_h的變化范圍為-5.26 ~ -0.92℃。弱光(200 μmol·m2·s?1)顯著降低了所有10種測(cè)試樹種的耐冷性，Tcrit_c的變化范圍為2.76 ℃ ~ 10.52 ℃，T50_c的變化范圍為2.02 ℃ ~ 7℃。其中，氣體交換速率較高的樹種(Amax和Emax)在熱脅迫下對(duì)光誘導(dǎo)損傷的抵抗力更強(qiáng)。葉片厚度能緩解強(qiáng)光導(dǎo)致的耐熱性降低，并在低溫脅迫下提供物理性光保護(hù)。

根據(jù)以上研究結(jié)果可以推斷，在黑暗條件下測(cè)得的耐熱性和耐冷性雖可以用于比較不同物種之間的差異，但會(huì)高估植物在野外環(huán)境下的真實(shí)能力。因此，在運(yùn)用植物光合系統(tǒng)耐熱性評(píng)估植物熱力安全時(shí)，應(yīng)充分考慮該評(píng)估值與真實(shí)情況的差異。本項(xiàng)研究進(jìn)一步深化了對(duì)植物熱力耐受性的認(rèn)識(shí)，為深入探究植物的適應(yīng)性以及其對(duì)氣候變化的響應(yīng)與適應(yīng)機(jī)制，提供了重要參考。

相關(guān)研究成果以“Light Intensity Alters Thermal Tolerance During Heat and Cold Stress in Canopy Plant Species”為題發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊Plant Cell & Environment上，版納植物園聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生聶琴為論文第一作者，版納植物園林華研究員和西南林業(yè)大學(xué)栗忠飛教授為論文共同通訊作者，該研究得到了版納生態(tài)站、元江干熱河谷生態(tài)站、版納植物園公共技術(shù)服務(wù)中心以及西雙版納國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的大力支持，同時(shí)得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、云南省彩云博士后計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院“西部之光-西部交叉團(tuán)隊(duì)”等項(xiàng)目的資助，在此表示衷心感謝!

圖1熱處理過程中光照對(duì)耐熱性的影響。圖a - b：弱光處理組(300 μmol?m?2?s?1)與對(duì)照組耐熱性指標(biāo)的差異;圖c - d：強(qiáng)光處理組(1000 μmol?m?2?s?1)與對(duì)照組耐熱性指標(biāo)的差異。圓圈表示處理組與對(duì)照組之間無(wú)顯著差異(p-value> 0.05);圓點(diǎn)表示存在顯著差異(p-value < 0.05)。

圖2冷處理過程中光照對(duì)耐冷性(a. Tcrit_c,b. T50_c)的影響。