6~10℃低温可使有些热带植物遭受冷害，甚至致死(Crawford, 1989)。西双版纳(21°09′~22° 36′ N, 99° 58′~101° 50′ E)位于云南省南部，属北热带西南季风气候。1 a中有干季(雾凉季11—2月, 干热季3—4月)和雨季(5—10月)之分(张克映, 1966)。该地的热带雨林是分布在热带北缘水热和海拔高度极限条件下的森林类型(Cao et al., 1997)，不仅受季节性干旱的影响，而且还受低温的影响(朱华, 1990)。雾凉季最低温可达2℃(1999年)。低温常使当地植物发生寒害，而这时的光仍很强。叶片是植物体对低温最敏感的器官之一(Sakai et al., 1987)，低温下植物光合能力减弱，而叶片对光能的吸收却受温度的影响较小(Baker, 1994)，叶片吸入的光能如不能用于光合作用，会使光合机构的光化学效率降低。不能被耗散掉的过量光能还会引起叶绿体的光氧化，产生活性氧，损伤光合机构(Long et al., 1994)。植物抗寒能力与其对氧自由基的清除能力密切相关(周瑞莲等, 2001)。超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)等能有效地清除这些有害物质，是酶促防御系统的重要组成部分，被称为保护酶系统(Fridovich, 1975)。

幼苗是植物生活史中对低温最敏感的时期。因为这时低温导致的低温光抑制会使生长期缩短并延迟冠层的形成，在以后的生长期也很难弥补，这样植物吸收利用光能的能力减弱，从而生产力下降(Wolfe, 1991)。本研究采用西双版纳热带雨林常见的上层树种滇南红厚壳(Calophyllum polyanthum)和中层树种玉蕊(Barringtonia macrostachya)的幼苗为材料，通过测定雾凉季气温变化过程中遮荫条件下2种幼苗光合特性和叶片中抗氧化酶活性以及MDA含量的季节变化，分析光合特性和抗氧化酶系统对自然低温的响应，以解释自然低温对热带植物叶片光合机构不利的机制，为热带地区的生物多样性维持、植物引种驯化提供理论依据。

西双版纳热带雨林上层种滇南红厚壳和中层种玉蕊的幼苗盆栽于用黑色尼龙网眼布遮荫的大棚中，于2000年6月初栽种，每盆1株，每种光处理20~30盆，常规水肥管理。遮光处理分别为自然全光照的8%、25%(分别用低光强和中等光强表示)。取植株顶端同龄成熟叶为实验材料，从2000年10月中旬到2001年1月下旬，每隔30 d左右取一次植物叶样(共4次)。为避免午间光照的影响，取样时间为8:00—9:00。

由高低温度计每天记录荫棚的日最高、最低温度。在取植物样的同时测定其光合特性。测定前经100~300 μmol·m^-2s^-1的光充分诱导，用Li-6400光合作用分析系统(美国LICOR公司)分别于10月和12月末在不同PFD(0~1 500 μmol·m^-2s^-1)下测定叶片的净光合速率，作出光响应曲线。表观量子效率(AQY)以低光(小于200 μmol·m^-2s^-1)下的光合速率与PFD的比值为准。用便携式脉冲调制荧光仪FMS-2 (英国Hansatech公司)测定叶绿素a的荧光。叶片暗适应15 min后用弱测量光测定初始荧光(F_O), 随后给一个强闪光(5 000 μmol·m^-2s^-1, 脉冲时间0.7 s)，测得最大荧光F_m，光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学效率(F_v/F_m)由仪器自动给出。每个试验重复3~5次。

叶绿素含量，SOD、CAT、APX活性和MDA(丙二醛)含量的测定参见文献(中国科学院上海植物生理研究所等，1999)，每个试验重复3次。

西双版纳地区2000年10月中旬最高气温可达33℃，最低气温22℃。以后气温逐渐降低，到12月末最低，在12月23至27日期间最高温度为22℃，最低温度达9℃(图 1)。

图 1 西双版纳地区2000年10月到2001年2月每天中最高气温和最低气温的变化 Fig. 1 The highest and lowest air temperature (every day)of Xishuangbanna from Oct.2000 to Feb.2001

从图 2看出，雾凉季最低温度时期(12月25日)2种生长光强下叶片的光合-光响应曲线与雨季(10月10日)差异很大。与雨季相比，光饱和点的净光合速率和表观量子效率在低温期下降(图 2)。中等光强下的滇南红厚壳和玉蕊的光饱和净光合速率分别下降了28.9%，26.3%，表观量子效率分别下降了11.3%, 8.9%；而低光强下2树种光饱和净光合速率分别下降了14.6%，12.1%，表观量子效率分别下降了9.6%, 6.4%，这说明自然降温对植物光合作用有不利的影响。

图 2 低温对遮荫下滇南红厚壳(A)和玉蕊(B)净光合速率的影响 Fig. 2 Effects of low air temperature on net photosynthetic rate in leaves of C.polyanthum (A) and B.macrostachya (B) growing in shade conditions 坚线表示每个处理3个重复的标准差。 Vertical bars showed the standard errors of the mean of 3 replications per treatment.下同。The same below.

随着温度的降低，2种光强下2树种幼苗叶片的单位面积叶绿素含量明显降低(图 3A)，到12月末，中等光强和低光强下滇南红厚壳叶绿素含量比雨季(10月10日)分别下降了23.4%, 21.3%，玉蕊则分别下降了17.3%, 15.8%。光系统Ⅱ(PSⅡ)的光化学效率是表明光化学反应状况的一个重要参数，叶绿素荧光参数F_v/F_m的降低是植物发生光抑制的一个显著特征(Long et al., 1994)。与雨季相比，在降温过程中，除了中等光强下滇南红厚壳的最大光化学效率在12月末有所变化外，2树种其余大部分时间的黎明光化学效率非常接近，变化在0.80~0.84之间，没有显著差异[F=1.93 < F_0.05(8, 28)=2.29]，均没有PSⅡ光化学反应的抑制现象(图 3B)。这说明低温期间，低温引起了光合色素含量的下降，但没有显著影响最大光化学效率。

图 3 自然降温过程中遮荫下滇南红厚壳和玉蕊叶片叶绿素含量(A)和光化学效率(B)的变化 Fig. 3 Changes in chlorophyll contents (A) and PSⅡ photochemical efficiency in dawn (B) in leaves of C.polyanthum and B.macrostachya growing in shade conditions as temperature fall

低温初期，2种光强下生长的植物叶片SOD和APX活性都随气温下降而上升。中等光强下生长的滇南红厚壳和玉蕊SOD和APX活性在12月初达到最高，与10月相比，SOD活性分别上升了31.0%，29.9%，APX活性分别上升了31.5%, 33.7%。到12月末，SOD、APX活性有所下降。而低光强下生长的滇南红厚壳和玉蕊SOD、APX活性在低温期一直在上升，SOD活性比10月上升了27.5%, 51.7%，APX则上升了47.1%, 33.9%。与SOD、APX相比，在降温过程中，CAT活性出现波动性变化。统计分析表明，APX与最低温度成显著正相关(r=0.91)。

从10月到12月初，2种光强下2种幼苗叶片单位面积MDA含量变化很小。12月末，中等光强下的滇南红厚壳MDA含量有较明显升高[F=5.64>F_0.05(3, 11)=3.59]，中等光强下的玉蕊MDA含量则稍有上升；低光强下滇南红厚壳和玉蕊的MDA含量变化较小(图 4)。对不同光强下2种植物叶片CAT、APX、SOD活性和MDA含量的相关分析表明，SOD、APX与膜脂过氧化产物都呈现显著负相关(r₁=-0.87, r₂=-0.93)。

图 4 自然降温过程中遮荫下滇南红厚壳和玉蕊叶片保护酶(SOD，CAT，APX)活性和丙二醛含量的变化 Fig. 4 Changes in activities of protective enzymes (SOD, CAT, APX)and malondialdehyde contents in leaves of C.polyanthum and B.macrostachya growing in shade conditions as temperature fall

植物光合作用是受低温影响最明显的过程之一(Berry et al., 1980)。由于热带森林中光强分布的异质性，研究低温对植物光合的影响，生长光强是一个不可忽视的因子。通过生长在2种光强下的2种植物对自然低温响应的研究结果表明：2种植物在自然降温过程中，叶绿素含量和净光合速率明显下降。生长在中等光强下的幼苗比低光强下的幼苗下降的比率大，滇南红厚壳比玉蕊下降的比率大，说明自然降温对中等光强下的幼苗和上层树种的影响大。除中等光强下滇南红厚壳黎明最大光化学效率在低温末期有所下降外，2种光强下幼苗的F_v/F_m变化较小，初始荧光F_O也基本没有变化(数据没有显示)，说明其光合机构并未受到明显氧化破坏。叶绿素减少的同时减小了吸收的光能，并减轻由过剩光能产生的活性氧对光合机构的伤害，因而有助于提高吸收单位量子光能的保护能力和抗氧化能力(蒋明义等, 1994; Munne-Bosch et al., 2000)。叶绿素减少既是对低温胁迫的反应，同时也可能是长期适应低温的响应。本研究中，这种变化是否与减轻活性氧损伤有关需要进一步的证据。

很多研究表明SOD活性可作为判断植物抗逆性大小的指标(陶大立等，1990; 周瑞莲等，2001)。本研究中，在自然降温初期，植物体内SOD活性的升高能更有效地清除活性氧，保护植物细胞免受伤害，这与陶大立等(1990)和严寒静等(2000)的结论一致。而在低温后期，中等光强下生长的滇南红厚壳SOD活性下降，MDA含量上升，说明植物体内活性氧的产生与清除的动态平衡没有维持在良好的水平。SOD的下降可能是植物体内积累的高含量活性氧导致叶绿体内的SOD失活或降解(Tannaka et al., 1988; 宴斌等, 1996)。

高等植物H₂O₂的清除主要靠CAT、APX等酶催化(Asada, 1992)。APX是叶绿体中清除H₂O₂的关键酶(Neubauer et al., 1992)。CAT活性出现波动性变化，APX活性仍在上升，这可能是机体内补偿因CAT活力下降引起的H₂O₂不断积累的一种协调性反应。而此时MDA含量基本没有变化，细胞没有明显的过氧化破坏，这进一步说明APX在保护细胞免受伤害中起重要作用。随着低温的进行，到12月末，中等光强下滇南红厚壳APX活力下降，MDA含量上升，说明这时细胞受到一定伤害。APX与最低温度成显著正相关，说明此酶受温度调控，这与Peltzer等(2001)的结论相似。以上说明各酶适应低温的特点不同。SOD、APX通过提高酶活性来增强保护能力，CAT则在降温过程中出现不均衡反应，CAT活性下降并不意味着清除自由基能力的下降。光合机构活性氧的产生是光合电子传递的必然结果(Asada, 1992)，活性氧的积累与光抑制有着紧密联系(徐志防等, 1999; Long et al., 1994)。自然低温过程中，除中等光强下滇南红厚壳外，其它植物光合机构没有受到明显损伤，表明保护酶能有效地防御活性氧的损害，因而使活性氧参与低温下叶片光抑制的作用较小。

根据以上结论，大致可以把西双版纳热带木本植物在自然降温过程中的低温适应性分成2个阶段。第1阶段，是雨季末到12月初，随着自然降温，2种光强下的滇南红厚壳和玉蕊叶片细胞保护酶(SOD、APX)活性上升，黎明光化学效率和MDA含量变化不大，此时保护酶有效地清除体内的活性氧，活性氧的产生与清除维持着良好的动态平衡。第2阶段，是低温的后期，即12月末，中等光强下的植物叶片中保护酶活性有所下降，MDA含量上升，黎明光化学效率下降，光合机构可能受到伤害。此时有必要采取一定的防范措施。