林木生(sheng)物(wu)固(gu)碳研(yan)究(jiu)：利用葉綠(lv)素熒(ying)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)培(pei)育(yu)優良樹種

在實(shi)現碳(tan)中和(he)目標(biao)的(de)過程中，生(sheng)物(wu)固(gu)碳是技(ji)術(shu)路線(xian)。在海(hai)洋中(zhong)，最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)生(sheng)物(wu)碳匯是藻(zao)類(lei)。而在陸地(di)上，森林(lin)無(wu)疑是(shi)最重要(yao)的(de)生(sheng)物(wu)碳匯。因此(ci)，植(zhi)樹造(zao)林對(dui)於(yu)碳中和目標(biao)實(shi)現的(de)重要(yao)性是(shi)不言而(er)喻的(de)。

這就要(yao)求科(ke)學家與林(lin)木育(yu)種專家合(he)作培(pei)育(yu)或篩(shai)選更(geng)優良的(de)造(zao)林樹種。植(zhi)物(wu)固(gu)碳都(dou)是(shi)通過光(guang)合(he)作用完成(cheng)的(de)，那(na)麽(me)更高(gao)的(de)光(guang)合(he)能力(li)也就意味著更高的(de)固(gu)碳量。另壹方(fang)面，由於(yu)溫室效應(ying)、環(huan)境(jing)汙染(ran)等(deng)因素，林(lin)木也面臨越(yue)來(lai)越(yue)嚴(yan)重(zhong)的(de)環境(jing)脅(xie)迫(po)問(wen)題(ti)。造(zao)林選用的(de)樹種也必(bi)須考(kao)慮其(qi)抗逆能力(li)。

FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)既(ji)能直接(jie)反(fan)映(ying)植(zhi)物(wu)光(guang)合(he)能力(li)狀(zhuang)況與光(guang)合(he)電子傳遞機(ji)理(li)，也能非(fei)常(chang)靈敏地識別環(huan)境(jing)脅(xie)迫(po)對(dui)光(guang)合(he)系統(tong)的(de)損傷(shang)程度，定量測(ce)量植(zhi)物(wu)的(de)脅迫(po)抗性(xing)，在擬(ni)南芥等(deng)模(mo)式(shi)植(zhi)物(wu)與農(nong)田作物(wu)中已(yi)經(jing)有(you)了大(da)量(liang)的(de)研(yan)究(jiu)成果(guo)。FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)與光(guang)合(he)儀等(deng)技(ji)術(shu)結合(he)，同(tong)樣協(xie)助科(ke)學家開展(zhan)培(pei)育(yu)篩(shai)選優良樹種的(de)研(yan)究(jiu)。本文(wen)介紹(shao)其(qi)中部(bu)分研(yan)究(jiu)成果(guo)，希(xi)望對相(xiang)關(guan)的(de)科(ke)研(yan)工作者有所裨益。

1. 北方(fang)與南方(fang)銀(yin)樺(hua)的(de)光(guang)合(he)能力(li)與根(gen)質(zhi)量(liang)分數(shu)差異

東芬蘭(lan)大(da)學將(jiang)北方(fang)（北緯67°）與南方(fang)（北緯61°）銀(yin)樺(hua)（Betula pendula Roth）在同(tong)樣的(de)生(sheng)長(chang)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行培(pei)養。結果(guo)表(biao)明北方(fang)銀(yin)樺(hua)具備(bei)更高(gao)的(de)凈(jing)光(guang)合(he)速率（凈(jing)CO₂同(tong)化(hua)速(su)率）Anet和更高(gao)的(de)氣(qi)孔導度gs。FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)結果(guo)則(ze)表(biao)明，北方(fang)銀(yin)樺(hua)具備(bei)更高(gao)的(de)光(guang)系統(tong)II最大量(liang)子產(chan)額（最(zui)大光(guang)化(hua)學(xue)效率）Fv/Fm。同(tong)時，北方(fang)銀(yin)樺(hua)也具有更(geng)高(gao)的(de)根質(zhi)量(liang)分數(shu)。北方(fang)銀(yin)樺(hua)的(de)生(sheng)長(chang)策(ce)略：更(geng)高(gao)效的(de)光(guang)合(he)能力(li)與更(geng)多(duo)投資(zi)地(di)下(xia)生(sheng)長(chang)，使其(qi)更(geng)能適(shi)應(ying)北極土(tu)壤，有(you)益於(yu)其在自然(ran)與人(ren)工(gong)擴散(san)過(guo)程中適(shi)應(ying)新(xin)氣(qi)候(hou)。這(zhe)壹研(yan)究(jiu)成果(guo)發表(biao)於(yu)2021年《Tree Physiology》。

2. 楊柳(liu)的(de)臭氧抗性(xing)與抗(kang)臭氧劑的(de)作用

臭氧（O₃）是目前(qian)廣泛存(cun)在的(de)壹種(zhong)汙染(ran)氣(qi)體(ti)，對植(zhi)物(wu)生(sheng)長(chang)有(you)嚴(yan)重(zhong)的(de)影響(xiang)。在城(cheng)市(shi)中臭氧汙染(ran)更(geng)為嚴(yan)重(zhong)。楊柳(liu)類(lei)林木作為城市綠化(hua)的(de)主力(li)樹種之(zhi)壹，亟(ji)需評估(gu)其(qi)臭氧耐受抗性(xing)並探(tan)索相(xiang)應(ying)的(de)保護(hu)措施。

南京(jing)信息(xi)工程大學、日(ri)本北海道(dao)大學(xue)等(deng)合(he)作使用楊柳(liu)（龍(long)江柳(liu)，Salix sachalinensis F. Schmid），在日(ri)本(ben)劄幌(huang)開展(zhan)了為(wei)期(qi)2年的(de)環境(jing)O₃與高(gao)濃度(du)O₃對比(bi)實(shi)驗，同(tong)時施加抗臭氧劑Ethylenediurea（EDU）以考察(cha)其對(dui)楊柳(liu)的(de)保護(hu)作用。實(shi)驗結果(guo)表(biao)明，O₃和EDU對最大(da)光(guang)化(hua)學(xue)效率Fv/Fm等(deng)葉片(pian)生(sheng)理(li)指(zhi)標(biao)都(dou)沒(mei)有造(zao)成顯著影響(xiang)，這既(ji)表明了楊柳(liu)本身(shen)對O₃具有良好的(de)耐受性，也證(zheng)明EDU的(de)生(sheng)態友(you)好性。而光(guang)合(he)數(shu)據(ju)表明，EDU提高了楊柳(liu)在高(gao)濃(nong)度O₃下(xia)的(de)最大(da)固(gu)碳速率Amax、氣(qi)孔導度gs等(deng)，株高(gao)、生(sheng)物(wu)量等(deng)有所提高(gao)。這壹研(yan)究(jiu)結果(guo)預示(shi)EDU可(ke)能在城(cheng)市(shi)綠化(hua)固(gu)碳中有(you)良好的(de)應(ying)用前(qian)景(jing)。

3. 利用基因(yin)技(ji)術(shu)培(pei)育(yu)高鹽(yan)堿抗性(xing)楊樹品(pin)種

東北林業(ye)大學(xue)從(cong)筐柳(liu)（Salix linearistipularis）中克隆(long)了WRKY基因（SlWRKY28）並轉移到山新(xin)楊（Populus davidiana × P. bolleana）中。通過(guo)筐柳(liu)轉錄(lu)組(zu)測序分析(xi)表明，在鹽(yan)堿脅迫(po)下(xia)，這壹基(ji)因(yin)會(hui)有(you)顯著的(de)向(xiang)上調控(kong)表(biao)達。如(ru)何(he)證(zheng)明這壹基(ji)因(yin)轉移到山新(xin)楊後(hou)，也使山(shan)新(xin)楊獲(huo)得(de)了良好的(de)鹽堿抗性(xing)呢？FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)測(ce)量(liang)結果(guo)表(biao)明，NaHCO₃脅迫處理(li)下(xia)，SlWRKY28基因過(guo)表達(da)的(de)植(zhi)株其(qi)最大光(guang)化(hua)學(xue)效率Fv/Fm顯著高(gao)於(yu)非(fei)轉(zhuan)基(ji)因(yin)植(zhi)株，直觀地(di)證(zheng)明了SlWRKY28基因過(guo)表達(da)減(jian)輕了鹽(yan)堿脅迫(po)對光(guang)系統(tong)的(de)損傷(shang)，提高了抗(kang)性(xing)。

4. 不同(tong)樹種的(de)高溫(wen)抗性(xing)快速評估(gu)

溫室效(xiao)應(ying)造(zao)成了全(quan)球(qiu)升(sheng)溫，樹木面臨更(geng)加(jia)嚴(yan)峻(jun)的(de)高溫(wen)幹旱(han)脅迫。因此(ci)在綠(lv)化(hua)固(gu)碳工程中，林木品(pin)種的(de)耐高溫能力(li)是(shi)不(bu)得(de)不(bu)考慮(lv)的(de)重要(yao)因素。印(yin)度(du)ICAR中央農(nong)林研(yan)究(jiu)所研(yan)究(jiu)了印(yin)度(du)楝(lian)（Azadirachta indica）和小葉(ye)欖仁（Terminalia mantaly）高溫耐受性的(de)生(sheng)理(li)機(ji)制。他們壹方(fang)面通過(guo)紅(hong)外熱成像(xiang)技(ji)術(shu)直接(jie)檢(jian)測(ce)其(qi)冠層(ceng)溫(wen)度(du)動態變化(hua)，對(dui)比(bi)FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)獲(huo)得(de)的(de)數(shu)據(ju)和成(cheng)像(xiang)圖，快速(su)獲(huo)得(de)溫(wen)度變化(hua)與光(guang)合(he)生(sheng)理(li)的(de)響(xiang)應(ying)過(guo)程，並直觀地(di)比(bi)較了兩(liang)種樹種的(de)高溫(wen)抗性(xing)差異。結果(guo)表(biao)明，印(yin)度(du)楝(lian)的(de)高溫(wen)抗性(xing)要(yao)遠(yuan)高於(yu)小葉欖仁。

參考文(wen)獻：

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 fluorescence 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

北京(jing)易科(ke)泰(tai)生(sheng)態技(ji)術(shu)公(gong)司(si)提(ti)供林(lin)木光(guang)合(he)-呼吸(xi)-碳中和(he)全面技(ji)術(shu)方(fang)案：

LCpro T與LCi T便攜(xie)式(shi)光(guang)合(he)儀

FluorCam葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)系(xi)統(tong)

OTC-Auto自動開啟式(shi)群(qun)落光(guang)合(he)-呼吸(xi)觀測(ce)系(xi)統(tong)

太陽(yang)光(guang)誘導葉綠素熒(ying)光(guang)成像(xiang)技(ji)術(shu)

Thermo-RGB紅外熱成像(xiang)技(ji)術(shu)

SpectraPen/PolyPen、Specim高光(guang)譜(pu)測(ce)量(liang)技(ji)術(shu)

PhenoPlot輕便型植(zhi)物(wu)表型成像(xiang)分析(xi)系統(tong)

Ecodrone®高光(guang)譜(pu)-激光(guang)雷達無(wu)人(ren)機(ji)遙(yao)感(gan)技(ji)術(shu)