增温对杨树雌雄植株生长和防御能力的影响

发布时间：2020-06-15 03:31

【摘要】：气候变暖已成为全球关注的热点问题之一。气候变暖会直接影响物种的生长发育过程、种间关系、进而影响群落组成乃至生态系统的结构和功能。与此同时,全球增温会直接导致地表蒸散过程加强,由此引发的干旱问题也日益严重。以往对树木如何响应气候变暖只要是基于雌雄同株植物,而对雌雄异株植物的关注还较少。该类植物由于性别间繁殖成本的不一致,这可能会导致不同性别间的生长或防御随环境的变化表现出显著差异。目前,对雌雄异株植物如何响应环境变化的研究主要集中在非生物环境变化方面,而对气候变暖下该类植物如何应对生物胁迫(尤其是植食性昆虫)的研究还较少。本文以我国广泛分布的青杨(Populus cathayana)和滇杨(P.yunnanensis)雌雄植株为研究对象,用红外增温加热管对其模拟增温和斜纹夜蛾(Spodoptera litura;广谱性食叶害虫)幼虫对其原位取食等手段,测定了不同性别杨树在增温或干旱下的生长和防御性状,探讨了在增温或干旱环境下不同性别杨树对害虫的防御响应与适应规律,以及这些防御响应机制与植株生长的关系。研究结果不仅可为理解植物的生长、繁殖和防御之间的相互关系提供理论依据,也可为未来气候变暖下杨树种群维持乃至杨树人工林生态系统的构建等提供理论依据和科学参考。本文的主要结果如下:1.通过比较增温(+4℃)对土壤水分变化下(自然降水(自然土壤含水量)和补充水致自然土壤含水量)青杨雌、雄植株的生长(形态、生物量、光合能力)和防御能力的差异,探讨增温后土壤水分变化下的青杨雌雄植株的生长和防虫规律。结果显示:增温下土壤水分含量变化时,植株生长、光合速率、防御表现都具有性别差异。相比青杨雄株,在各处理组中青杨雌株的总叶面积、叶生物量、总生物量、根生物量、根冠比、根分枝强度显著更高,而其根平均直径、叶碳(C)含量显著更低。与对照相比,增温降低了雌雄植株的净光合速率;在增温不补水(T-W)处理中,雌雄植株的净光合速率均降低,且雄株的净光合速率、胞间二氧化碳浓度(Ci)、气孔导度(g_(s))、蒸腾速率(E)降低的比雌株更多,但雌雄的瞬时水分利用效率(WUEi)和碳同位素组成(δ~(13)C)均显著增加,且雌株的WUEi增加量大于雄株,但雌雄植株δ~(13)C增量差异并不大;与雄株相比,雌株具有更高的叶氮(N)含量且更低的碳氮比值(C/N);增温补水(T+W)处理显著降低了雌雄植株的WUEi和雌株的δ~(13)C值,而增加了叶的N含量。另一方面,增温增加了雌雄植株叶片受斜纹夜蛾的取食面积,且增温不补水却显著加大了雌雄植株之间叶片被取食面积的差异且雌株被食叶面积显著大于雄株叶片,而在增温补水处理中,雌雄植株叶片的被食叶面积差异不大。增温不补水处理下虫干重显著高于对照和增温补水的处理,而增温补水与对照处理下,斜纹夜蛾幼虫的干重无差异。与对照相比,增温补水处理显著增加了青杨雌雄植株叶片的苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性、多酚氧化酶(PPO)活性,且青杨雌株比雄株有更高的PAL活性;而增温不补水显著降低了雌株叶片的PAL活性、总酚及单宁含量,却显著增加了雄株叶片的PPO活性。增温不补水处理下,雌株叶片的PPO的活性、总酚、单宁均显著低于雄株。2.比较干旱对滇杨雌、雄植株的生长和防御能力的影响。比较了(1)在水分充足(对照;100%田间持水量(FC))和干旱(40%FC)条件下,滇杨雌雄植株在生长(形态、光合能力、养分含量)和防御(如叶片中酚类、单宁和类黄酮的含量)性状的差异;(2)通过去叶(模拟食叶害虫取食)评估树木存活率的差异。结果显示:在干旱条件下,植株生长和光合作用以及植物的防御表现都具有性别差异。与水分充足的条件相比,干旱条件对滇杨雌株的生长和光合作用的抑制作用要大于雄性,并且雌株的叶片防御性状(如单宁、黄酮类化合物、植食昆虫所造成的损伤面积)明显低于雄株。由此,干旱对雌性叶片防御表现的负作用大于雄性,这导致因生殖成本本就不同的雌雄之间两性差异更大。且在所有的叶子都被摘除后,在干旱条件下,雌性的死亡率高于雄性。
【学位授予单位】：西华师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S792.11
【图文】：

增温对杨树雌雄植株生长和防御能力的影响

增温下斜纹夜蛾对青杨雌(白柱)和雄(灰柱)植株叶片取食面积和幼虫生长的影响差异Figure3-1DifferencesinfeedingleafareaandgrowthofSpodopteralituratomale(graybar)

增温对杨树雌雄植株生长和防御能力的影响

增温对青杨雌(黑柱)和雄(灰柱)植株叶片防御物质的影响

【参考文献】