马尾松苗钙素作用研究

发布时间：2020-06-23 05:49

【摘要】：钙是植物生长发育的必需的中量元素之一。在自然条件下,土壤缺钙现象一般较少出现,但在盐基饱和度较低及酸沉降严重的土壤上容易出现。当土壤缺钙时,植物体内Ca~(2+)库平衡被破坏,容易产生缺钙现象。然而,土壤中过量的钙不仅会破坏植物体内正常的生理生化作用和养分元素代谢等过程,同时也对植物形态建成及内部结构变化等方面产生不利影响,从而对植物体产生毒害作用。马尾松(Pinus massoniana Lamb.)是我国特有的工业用材树种之一,具有较高的经济效益、社会效益和生态效益。长期种植马尾松造成林下土壤酸化,土壤肥力下降,土壤中Ca~(2+)含量可能会相应降低;周期性采伐使大量的养分元素被移除,造成林地养分净消耗,并影响了钙在生态系统中的循环,导致钙流失,从而造成地力衰退;同时,酸雨作用使得马尾松林地土壤中盐基离子淋失,特别是Ca~(2+)的流失。此外,母岩是影响马尾松生长的主要因子之一,同时土壤中的CaO含量与马尾松高生长呈负相关,因而在碳酸岩类岩石发育的土壤中马尾松生长发育不良。然而,这些现象背后的机制尚未完全清楚。钙是马尾松生长和发育过程中必须的养分元素,但不同钙水平对马尾松生理生化功能、养分元素代谢及有机质组成等方面的影响机制尚未知晓。本文以1年生马尾松(P.massoniana)苗为试材,采用温室砂培法,研究不同钙水平对马尾松生长、生理生化特性、细胞结构和养分代谢等的影响,掌握适宜马尾松生长的有效钙浓度以及不同供钙水平对马尾松苗的影响规律,探讨马尾松生理生化指标、养分代谢、针叶解剖结构和细胞超微结构的变化对不同钙水平的响应机理,并分析马尾松各器官中的化学成分与不同钙水平的关系。主要结果如下:1)在温室砂培条件下,马尾松苗适宜在1-3 mmol?L~(-1) Ca~(2+)水平条件下生长,其中以2 mmol?L~(-1) Ca~(2+)生长最佳。在高钙条件下,马尾松生长发育受到抑制的程度比在低钙条件下更严重。马尾松各项生长指标与供钙浓度之间总体呈二次函数关系。马尾松苗的成活率、根系生物量、根尖数、主根长、根体积、针叶长度、株高增量和地径增量等生长指标与供钙水平之间关系极密切(p0.001),能准确反映马尾松与环境中钙含量的关系。2)马尾松苗针叶的叶绿素(a+b)、叶绿素a、叶绿素a/b、可溶性糖、Ci、Cond和Fv/Fm作为与环境中钙水平密切相关的主导因子,在马尾松的生理生化代谢过程中具有重要的作用,对光能的吸收、传递和转化以及渗透调节能力产生巨大影响。钙胁迫条件下,马尾松细胞中ROS(O_2~ˉ.和H_2O_2)增加,叶绿素含量、Pn、Fv/Fm、Ci和Cond等降低,使细胞膜受到损伤,MDA含量升高,导致植株生长受到抑制。马尾松通过增加体内SOD和POD酶活性,合成和积累脯氨酸、可溶性糖和蛋白质等渗透调节物质,以减轻钙胁迫的危害。低钙条件下的马尾松Pn降低主要由非气孔限制引起,而在高钙条件下主要由气孔限制引起。3)在低钙条件下,马尾松对Ca的吸收与N、P的吸收为协同作用,而在高钙条件下总体表现为抑制作用,且在过高的钙条件下将显著降低其对P的吸收。随着供钙水平增大,马尾松根中K含量逐渐增加,而茎、二年生针叶和当年生针叶中K含量均呈先增加后降低的趋势;各器官中Ca含量均增加,而根、茎及当年生针叶中的Mg含量有所降低,并与相应器官中的Ca吸收和积累存在明显的拮抗作用。不同Ca~(2+)水平下,马尾松各器官中微量元素含量存在一定差异,总体表现为对Mn吸收和积累相对较多,而对Cu吸收和积累相对较少。低钙条件下马尾松对Fe和Ca的吸收存在明显的协同作用,而在高钙条件下则存在拮抗作用。马尾松对Ca与Mn的吸收存在一定协同作用,而对Ca与Zn的吸收存在一定拮抗作用。在钙适宜或高钙条件下,马尾松对Ca与Cu的吸收表现为拮抗作用,而在低钙条件不显著。不同供钙水平对马尾松体内N、Ca和Mn的代谢特性影响较小,而对Mg和Cu影响较大,同时对Zn从根部向上移动和运输的能力也具有明显影响。此外,较高的钙水平能够扰乱P、Fe在马尾松体内的代谢情况,进而对马尾松的生长发育产生影响。细胞壁是马尾松针叶中最大的钙库,其含量随供钙水平增大而增加,对细胞中Ca~(2+)平衡起重要作用。在针叶的胞内组分中,钙主要存在于核蛋白和可溶性组分中,其次是在线粒体和叶绿体中。不同Ca~(2+)水平下,马尾松当年生针叶细胞壁中的钙含量均比相应的二年生针叶有所降低,但其比例均有升高。马尾松针叶中以草酸钙和硅酸钙等非活性钙存在的比例相对较高,且草酸钙含量随供钙水平增加显著增加(p0.05)。高钙条件下,马尾松针叶内草酸钙的形成对细胞内钙浓度起着重要的调节作用。低钙条件下马尾松针叶内活性钙比例增加,而在高钙条件下其比例降低。4)供Ca~(2+)水平与马尾松针叶角质层厚度呈显著正相关关系(p0.05),与针叶下表皮厚度、截面周长和面积呈极显著正相关关系(p0.01)。钙胁迫条件下,马尾松的表皮细胞排列的紧密度、树脂道直径、叶肉厚度及维管束的周长和面积均有所增加,以缓解因钙胁迫作用而引起的伤害。同时,其针叶超微结构遭到破坏,叶绿体片层结构变得模糊甚至解体,线粒体变形或双层膜结构消失,淀粉粒含量减少,嗜锇颗粒增多,质壁分离现象出现,细胞完整性受到影响。马尾松针叶通过部分细胞衰老以增强其对钙胁迫的抵抗能力。5)钙胁迫条件下,不同处理的马尾松相同器官内存在一些共有的典型吸收峰,同时也存在部分特征峰新增或缺失;相同处理的马尾松不同器官内部分吸收峰发生位移,同时也有部分吸收峰出现缺失或增加,且峰值的变化规律间也存在一定差异。马尾松针叶内2924 cm~(-1)、1626 cm~(-1)和1064 cm~(-1)处附近吸收峰的峰值大小,分别与针叶内MDA含量、蛋白质含量和可溶性糖含量呈负相关、显著正相关(p0.05)和极显著正相关(p0.01)关系,可用于判断马尾松受环境中钙胁迫的程度。针叶内1552 cm~(-1)和茎内1159 cm~(-1)附近的吸收峰为低钙条件下马尾松特有的吸收峰,而针叶内1036 cm~(-1)和茎内1390 cm~(-1)附近的吸收峰为高钙条件下马尾松特有的吸收峰,可作为重要指标在马尾松不同钙适应性新种质的筛选和培育工作加以应用。综上所述,马尾松苗适宜在1-3 mmol?L~(-1) Ca~(2+)水平条件下生长,其中以2mmol?L~(-1) Ca~(2+)生长最佳。钙胁迫条件下,马尾松可通过增加抗氧化酶活性,积累渗透调节物质,降低光合速率,促使部分细胞衰老,改变针叶解剖结构特征,调节养分代谢特性,调节体内有机物质组分以及降低生长速率等方式,以增强其对钙胁迫作用的抵抗力。本研究结果可为马尾松林木钙肥施用提供理论依据,为创制不同钙适应性的马尾松新种质奠定基础。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S791.248
【图文】：

株高生长,状况,马尾松,马尾松苗

3.1 钙对马尾松苗生长的影响3.1.1 钙对马尾松株高生长的影响图3-1反映了在试验的不同阶段，供钙水平对马尾松株高生长的影响。从图中可以看出，马尾松的生长高峰时期为3月-5月，即不同供钙水平下的马尾松苗高生长主要是在春季抽梢生长。而在6月，由于马尾松春梢长度生长逐渐停止，因而株高增长量相对降低。7月-8月，T1-T6处理的马尾松由于部分植株抽发夏图3-1 不同供钙水平下马尾松株高生长状况Fig. 3-1 Height increment of P. massoniana seedlings at different Ca2+levels

状况,马尾松,株高生长,同化器官

T10相对较慢。3.1.2 钙对马尾松地径生长的影响图3-2 反映了在试验的不同阶段，供钙水平对马尾松地径生长的影响。不同供钙水平的马尾松地径年生长呈先增加后降低的趋势变化，其生长高峰期主要出现在6月-8月，这是由于该时期马尾松针叶伸长加快，同化器官不断扩大，而株高生长相对减缓引起的。而在12月至次年2月，地径增量较小，生长较弱。从图中可以看出T4地径增长较快，其次为T5，而T10最低。同时，与株高生长相比

【参考文献】