荻和芒对干旱胁迫的生理响应和适应性

发布时间：2017-04-04 21:13

  本文关键词：荻和芒对干旱胁迫的生理响应和适应性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水分是影响植物生长的主要环境因子之一。近年来,随着全球气候变暖,我国水资源的匮乏日益严重,尤其是东北的广大地区,这一问题尤为突出。干旱胁迫已经成为制约东北地区植物生长发育和城市绿化的重要生态问题。荻和芒是理想的第二代能源植物,具有广泛的应用价值,但东北地区水资源匮乏的状况制约了荻和芒在该地区的推广和应用。因此研究干旱胁迫下荻和芒的生长、光合特性和生理特性的变化规律,对提高它的水分管理水平,促进荻和芒在东北地区的可持续发展具有重要意义。 本研究选用芒属植物荻(Miscanthus sacchariflorus)和芒(Misconstrues sinensis)为实验材料,采用聚乙二醇(PEG)模拟干旱法对其种子进行4个PEG浓度水平的胁迫处理(5%、10%、15%、20%),研究荻和芒种子在PEG干旱胁迫下的萌发特性；采用盆栽控水的方法分别对荻和芒的实生苗进行4种土壤水分处理即：正常供水(土壤含水量为最大田间持水量80%,下同)、轻度土壤干旱胁迫(65%)、中度土壤干旱胁迫(50%)和重度土壤干旱胁迫(35%),分别测定了不同土壤干旱胁迫下荻和芒光合、生理和生长指标,研究荻和芒对土壤干旱胁迫的适应性；同时调查了东北地区荻和芒的分布和生境特征,主要研究结果如下： (1)东北野生荻芒分布和生境特征 荻和芒在东北地区属点状分布,喜低海拔、土壤湿润,光照充足的生境；不同生境下荻和芒的生长性状存在差异,随着生境内土壤含水量的上升和光照条件的改善,荻和芒的生长性状和生物量提高,各生境间部分性状差异显著；荻和芒的叶形指数(叶长／叶宽),株高、地下茎粗、分布深度等表型性状受环境因素影响小,相对稳定；荻和芒的株高、茎粗等茎部性状与生物量显著相关。 (2)PEG胁迫对荻和芒种子萌发特性的影响 低浓度的PEG(5-20%)对芒和荻种子的发芽率没有明显的影响,但对芒种子的发芽指数、活力指数、胚根长度、胚根鲜重以及荻种子胚芽的长度有一定的促进作用；高浓度的PEG(15～20%),对芒和荻种子的发芽率、发芽指数、活力指数、胚根胚芽长度以及鲜重都有明显的抑制作用；荻种子的半致死浓度为15%,致死浓度为20%,而芒种子的半致死浓度为20%；随着PEG浓度的升高,芒和荻的萌发抗旱指数逐渐下降,芒在20%PEG处理时表现为中间型,而荻在15%PEG处理时就表现为不抗旱。 (3)土壤干旱胁迫对荻和芒光合特性的影响 土壤干旱胁迫下,荻和芒叶片的相对含水量(RWC)、叶绿素含量(Chl)、净光合速率(Pn)、最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(AQE)、暗呼吸速率(Rd)、光饱和点(LSP)、蒸腾速率(Tr)、最大羧化速率(Vcmax)和电子传递速(Jmax)均随着土壤干旱胁迫程度的加剧而下降；光补偿点(LCP)和水分利用效率(WUE)随土壤干旱胁迫程度的加剧而上升。荻和芒的气孔导度(Gs)随着土壤干旱胁迫程度的加剧而下降;胞间C02浓度(Ci)随着土壤干旱胁迫程度的加剧呈先下降后上升的趋势；气孔阻力值(Ls)随着土壤干旱胁迫程度的加剧呈先上升后下降的趋势。 荻在轻度土壤干旱胁迫下、芒在轻度和中度土壤干旱胁迫下,对光合作用的抑制由气孔限制所引起；而荻在中度、重度土壤干旱胁迫下,芒在重度土壤干旱胁迫下对光合作用的抑制由非气孔限制所引起。 (4)土壤干旱胁迫对荻和芒的生理特性的影响 在土壤干旱胁迫下荻和芒的细胞膜相对透性,丙二醛(MDA)和过氧化氢(H202)含量随着土壤干旱胁迫程度的加剧而显著增加。 在轻度干旱胁迫下,荻的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性随着干旱胁迫时间的延长而逐渐上升；而在中度和重度干旱胁迫下SOD、CAT和POD活性随着干旱胁迫时间的延长呈先上升后下降趋势。在不同程度土壤干旱胁迫下,芒的SOD和CAT活性随着干旱胁迫时间的延长而逐渐上升；而POD活性则在不同干旱胁迫处理下无明显变化。 在不同程度干旱胁迫下芒叶片的抗坏血酸过氧化物酶(APX)、甘肽还原酶(GR)活性和还原型抗坏血酸(AsA)、还原型谷胱甘肽(GSH)含量始终保持上升趋势；而荻在轻度干旱胁迫下也可以保持较高的抗坏血酸合成和代谢活性,但在中度和重度干旱胁迫下,随着干旱胁迫的加剧和胁迫时间的延长荻的APX、GR活性和AsA、GSH含量开始下降。 (5)土壤干旱胁迫对荻和芒的生长和生物量的影响 荻和芒的株高、地径、茎节间长度、叶面积和比叶重随着土壤干旱胁迫程度的加剧而下降。轻度干旱胁迫下,芒的地下茎粗和长度均高于正常供水处理,表明适宜的土壤干旱胁迫对芒地下茎的生长有一定的促进作用；而在荻和芒在中、重度干旱胁迫下,地下茎粗、长度和分蘖数量均随着土壤干旱胁迫程度的加剧而显著下降。 土壤干旱胁迫下,除芒在轻度干旱胁迫下地下部分生物量增加外,其余胁迫处理中荻和芒的单株总生物量、地上部分生物量、地下部分生物量和冠根比均随土壤干旱胁迫程度的加剧而下降,胁迫越重,生长速度越慢,生长量越小,生物量越低。
【关键词】：荻 芒 聚乙二醇 土壤干旱胁迫 种子萌发 光合特性 生理特性 生长特性
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：Q945.78
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 1 绪论15-28
• 1.1 芒属植物研究进展16-19
• 1.1.1 生物学特性16-17
• 1.1.2 光能、水分、氮素利用效率17-18
• 1.1.3 影响芒属植物生物量的相关因素18-19
• 1.1.4 芒属植物对土壤重金属污染的抗性19
• 1.2 植物对干旱胁迫的适应机制19-26
• 1.2.1 种子萌发特性20
• 1.2.2 生物学构件生长和生物量20-22
• 1.2.3 光合特性22-23
• 1.2.4 生理特性23-26
• 1.3 本文的目的和意义26-28
• 2 东北地区荻和芒分布及生境特征28-40
• 2.1 研究方法28-29
• 2.2 结果与分析29-37
• 2.2.1 荻和芒的分布及生境特征29-31
• 2.2.2 不同生境下荻和芒生长性状比较31-33
• 2.2.3 不同生境下荻和芒生长性状的变异比较33-35
• 2.2.4 不同生境下获芒生长性状关联性比较35-37
• 2.3 小结与讨论37-40
• 2.3.1 性状差异机制37-38
• 2.3.2 性状变异原因38-39
• 2.3.3 生长性状关联性39-40
• 3 模拟干旱胁迫对荻和芒种子萌发的影响40-48
• 3.1 实验材料与方法40-41
• 3.2 结果与分析41-45
• 3.2.1 种子萌发41-43
• 3.2.2 胚芽、胚根生长43-45
• 3.2.3 萌发抗旱指数45
• 3.3 小结与讨论45-48
• 4 土壤干旱胁迫对荻和芒光合特性的影响48-59
• 4.1 研究方法48-50
• 4.2 结果与分析50-56
• 4.2.1 叶片相对含水量和叶绿素含量50-52
• 4.2.2 光响应曲线52-54
• 4.2.3 气孔活动54-55
• 4.2.4 水分利用55-56
• 4.2.5 最大羧化速率和电子传递速率56
• 4.3 小结与讨论56-59
• 4.3.1 叶片相对含水量和叶绿素含量56-57
• 4.3.2 气体交换参数57-59
• 5 土壤干旱胁迫对荻和芒生理特性的影响59-73
• 5.1 研究方法59-63
• 5.2 结果与分析63-70
• 5.2.1 细胞质膜相对透性63-64
• 5.2.2 丙二醛和过氧化氢含量64-65
• 5.2.3 抗氧化酶活性65-67
• 5.2.4 抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性67-69
• 5.2.5 还原型抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量69-70
• 5.3 小结与讨论70-73
• 6 土壤干旱胁迫对荻和芒生长和生物量及分配的影响73-83
• 6.1 研究方法73
• 6.2 结果与分析73-81
• 6.2.1 茎生长73-74
• 6.2.2 叶生长74-75
• 6.2.3 地下茎生长75-77
• 6.2.4 生物量及分配77-78
• 6.2.5 生长指标的相关性78-81
• 6.3 小结和讨论81-83
• 结论83-86
• 参考文献86-106
• 攻读学位期间发表的学术论文106-107
• 致谢107-108
• 个人简历108-109

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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本文编号：285929