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林木生物固碳研究：利用葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)培育優(yōu)良樹(shù)種
發(fā)布時(shí)間： 2022-09-02 點(diǎn)擊次數(shù)： 2846次在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的過(guò)程中，生物固碳是技術(shù)路線。在海洋中，最重要的生物碳匯是藻類。而在陸地上，森林無(wú)疑是最重要的生物碳匯。因此，植樹(shù)造林對(duì)于碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的重要性是不言而喻的。
這就要求科學(xué)家與林木育種專家合作培育或篩選更優(yōu)良的造林樹(shù)種。植物固碳都是通過(guò)光合作用完成的，那么更高的光合能力也就意味著更高的固碳量。另一方面，由于溫室效應(yīng)、環(huán)境污染等因素，林木也面臨越來(lái)越嚴(yán)重的環(huán)境脅迫問(wèn)題。造林選用的樹(shù)種也必須考慮其抗逆能力。
FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)既能直接反映植物光合能力狀況與光合電子傳遞機(jī)理，也能非常靈敏地識(shí)別環(huán)境脅迫對(duì)光合系統(tǒng)的損傷程度，定量測(cè)量植物的脅迫抗性，在擬南芥等模式植物與農(nóng)田作物中已經(jīng)有了大量的研究成果。FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)與光合儀等技術(shù)結(jié)合，同樣協(xié)助科學(xué)家開(kāi)展培育篩選優(yōu)良樹(shù)種的研究。本文介紹其中部分研究成果，希望對(duì)相關(guān)的科研工作者有所裨益。
1. 北方與南方銀樺的光合能力與根質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異
東芬蘭大學(xué)將北方（北緯67°）與南方（北緯61°）銀樺（Betula pendula Roth）在同樣的生長(zhǎng)條件下進(jìn)行培養(yǎng)。結(jié)果表明北方銀樺具備更高的凈光合速率（凈CO2同化速率）Anet和更高的氣孔導(dǎo)度gs。FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窠Y(jié)果則表明，北方銀樺具備更高的光系統(tǒng)II最大量子產(chǎn)額（最大光化學(xué)效率）Fv/Fm。同時(shí)，北方銀樺也具有更高的根質(zhì)量分?jǐn)?shù)。北方銀樺的生長(zhǎng)策略：更高效的光合能力與更多投資地下生長(zhǎng)，使其更能適應(yīng)北極土壤，有益于其在自然與人工擴(kuò)散過(guò)程中適應(yīng)新氣候。這一研究成果發(fā)表于2021年《Tree Physiology》。
2. 楊柳的臭氧抗性與抗臭氧劑的作用
臭氧（O3）是目前廣泛存在的一種污染氣體，對(duì)植物生長(zhǎng)有嚴(yán)重的影響。在城市中臭氧污染更為嚴(yán)重。楊柳類林木作為城市綠化的主力樹(shù)種之一，亟需評(píng)估其臭氧耐受抗性并探索相應(yīng)的保護(hù)措施。
南京信息工程大學(xué)、日本北海道大學(xué)等合作使用楊柳（龍江柳，Salix sachalinensis F. Schmid），在日本札幌開(kāi)展了為期2年的環(huán)境O3與高濃度O3對(duì)比實(shí)驗(yàn)，同時(shí)施加抗臭氧劑Ethylenediurea（EDU）以考察其對(duì)楊柳的保護(hù)作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，O3和EDU對(duì)最大光化學(xué)效率Fv/Fm等葉片生理指標(biāo)都沒(méi)有造成顯著影響，這既表明了楊柳本身對(duì)O3具有良好的耐受性，也證明EDU的生態(tài)友好性。而光合數(shù)據(jù)表明，EDU提高了楊柳在高濃度O3下的最大固碳速率Amax、氣孔導(dǎo)度gs等，株高、生物量等有所提高。這一研究結(jié)果預(yù)示EDU可能在城市綠化固碳中有良好的應(yīng)用前景。
3. 利用基因技術(shù)培育高鹽堿抗性楊樹(shù)品種
東北林業(yè)大學(xué)從筐柳（Salix linearistipularis）中克隆了WRKY基因（SlWRKY28）并轉(zhuǎn)移到山新楊（Populus davidiana × P. bolleana）中。通過(guò)筐柳轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析表明，在鹽堿脅迫下，這一基因會(huì)有顯著的向上調(diào)控表達(dá)。如何證明這一基因轉(zhuǎn)移到山新楊后，也使山新楊獲得了良好的鹽堿抗性呢？FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駵y(cè)量結(jié)果表明，NaHCO3脅迫處理下，SlWRKY28基因過(guò)表達(dá)的植株其最大光化學(xué)效率Fv/Fm顯著高于非轉(zhuǎn)基因植株，直觀地證明了SlWRKY28基因過(guò)表達(dá)減輕了鹽堿脅迫對(duì)光系統(tǒng)的損傷，提高了抗性。
4. 不同樹(shù)種的高溫抗性快速評(píng)估
溫室效應(yīng)造成了全球升溫，樹(shù)木面臨更加嚴(yán)峻的高溫干旱脅迫。因此在綠化固碳工程中，林木品種的耐高溫能力是不得不考慮的重要因素。印度ICAR中央農(nóng)林研究所研究了印度楝（Azadirachta indica）和小葉欖仁（Terminalia mantaly）高溫耐受性的生理機(jī)制。他們一方面通過(guò)紅外熱成像技術(shù)直接檢測(cè)其冠層溫度動(dòng)態(tài)變化，對(duì)比FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)獲得的數(shù)據(jù)和成像圖，快速獲得溫度變化與光合生理的響應(yīng)過(guò)程，并直觀地比較了兩種樹(shù)種的高溫抗性差異。結(jié)果表明，印度楝的高溫抗性要遠(yuǎn)高于小葉欖仁。
參考文獻(xiàn)：
1. Tenkanen A, et al. 2021. Strategy by latitude? Higher photosynthetic capacity and root mass fraction in northern than southern silver birch (Betula pendula Roth) in uniform growing conditions. Tree Physiology, 41(6): 974–991
2. Agathokleous E, et al. 2022. Ethylenediurea (EDU) spray efects on willows (Salix sachalinensis F. Schmid) grown in ambient or ozone?enriched air: implications for renewable biomass production. J. For. Res. 33:397–422
3. Wang X, et al. 2020. Overexpression of transcription factor SlWRKY28 improved the tolerance of Populus davidiana × P. bolleana to alkaline salt stress. BMC Genetics, 21:103
4. Taria S, et al. 2020. Combining IR imaging, chlorophyll ?uorescence and phenomic approach for assessing diurnal canopy temperature dynamics and desiccation stress management in Azadirachta indica and Terminalia mantaly. Agroforestry Systems, 94(3):941-951
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