植物物种的分布范围是由其耐寒性决定的,全球气候的变化已对物种分布界限产生了巨大的影响。本研究通过研究低温胁迫下红树树种的生理和遗传的变异,探明红树物种耐寒适应性机制和其自然分布与演化规律,以及应对气候变化拟定措施提供科学依据。首先,为探究较高纬度的红树林物种是否比低纬度的更耐寒,本研究比较了低温诱导对红树树种Bruguiera gymnorhiza(具有较高的纬度界限)和Rhizophora apiculata(具有较低的纬度界限)的光合效率下降程度和基因表达的影响。其次,为了探究高纬度红树林物种是否具有相同水平的耐寒性,本研究比较了纬度界限相似的三种红树树种(Kandelia obovata,Avicennia marina和B.gymnorhiza)在低温诱导中光合效率下降程度和基因表达谱的不同。最后,通过比较近亲树种K.obovata和candel在低温诱导的光合效率下降程度,来解释红树树种的系统发育史和形态上的差异。本研究发现,在低温胁迫下,较高纬度限值的红树树种的光合效率下降幅度一般低于低纬度限值的红树树种。这是由于具有较高纬度限值的红树树种更具适应性,以维持寒冷条件下光吸收和光能利用之间的平衡。其次,具有相似纬度范围限值的红树树种具有不同的耐寒性,这是由于红树林物种在应对光能来源和碳汇储存不匹配的策略上的差异造成的。尤其发现,在低温条件下,通过上调抗氧化剂来调节活性氧是比下调光吸收更有效的维持光合效率的策略。然而,通过抗氧化活性的上调获得较高的耐寒性可能是以牺牲广泛分布为代价。这为以下假说提供了进一步的支撑:较高的耐寒性是以牺牲在高温度环境中的竞争能力为代价的,在该环境中耐寒性树种必须与生长较快的冷敏感树种竞争。本研究结果突显了跨学科方法的有效性,该方法结合了生理学和分子方法,以确定造成胁迫耐受性生理和基因表达的差异。此外,应对寒冷引起的卡尔文循环活性降低的不同策略以及光化学效率的相关差异的鉴定结果表明,红树树种分布范围和扩展率的差异可能是红树林物种之间适应性差异的结果。