黄土高原苔藓结皮的快速培育及其对逆境的生理响应研究

发布时间：2017-04-27 04:04

  本文关键词：黄土高原苔藓结皮的快速培育及其对逆境的生理响应研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物结皮是干旱半干旱地区普遍存在的活性地被物,在生态系统中发挥重要的生态功能。苔藓结皮是黄土高原生物结皮发育演替的高级阶段,在促进土壤形成、改善土壤理化性质及提高土壤抗侵蚀能力等方面起着重要作用。开展黄土高原苔藓结皮的快速培育及其优势种对干旱-复水和高温胁迫的生理响应研究,可以为黄土高原苔藓结皮的快速恢复及科学培育提供实验依据和理论指导。本研究以黄土高原自然发育的苔藓结皮(土生对齿藓为优势种)为种源,在人工气候室内,采用正交及单因素实验设计方法,研究不同光照强度、表层土壤含水量、营养液、糖类以及植物生长调节剂等因子对苔藓结皮生长发育的影响。同时,以人工培育的苔藓植物(土生对齿藓为优势种)为对象,研究了其对干旱-复水过程及高温胁迫的生理响应。主要研究结论如下:(1)表层土壤含水量(1%-30%)、光照强度(1000-23500 lx)及接种量(250-700g/m2)对苔藓结皮盖度、株密度以及生物量均有极显著影响。随着表层土壤含水量和接种量的提高,苔藓结皮盖度、株密度以及生物量逐渐增大;随着光照强度的降低,苔藓结皮的发育速度逐步增加。3种因素对苔藓结皮盖度和株密度的作用强弱程度依次为:表层土壤含水量光照强度接种量,对生物量,其作用强弱程度依次为:表层土壤含水量接种量光照强度。在本研究的3个因素中,表层土壤含水量是影响苔藓结皮快速形成的最重要因素。(2)Hoagland、改良Knop、Part、Beneck以及MS营养液均能够提高苔藓结皮盖度、株密度及生物量,提高程度因营养液种类而异。在培育末期(第65天),Hoagland营养液处理苔藓结皮盖度、株密度以及生物量最高,分别比蒸馏水对照高出35.23%、124.60%、56.48%。在整个培育过程中,与蒸馏水对照相比,Hoagland、改良Knop、Part及Beneck营养液均不同程度的提高了苔藓结皮株高,而MS营养液降低了苔藓结皮株高。(3)蔗糖、葡萄糖以及甘露醇均能够不同程度的促进苔藓结皮发育,但糖溶液浓度高于10 g/L会抑制苔藓结皮的发育。实验初期(第25天),不同浓度糖溶液均降低了苔藓结皮盖度、株密度及株高,降低程度与糖溶液浓度成正比。随着土壤中糖溶液不断被稀释,不同浓度糖溶液处理苔藓结皮盖度、株密度及株高增加速率均高于蒸馏水对照。至实验末期(第65天),不同浓度糖溶液处理苔藓结皮盖度、株密度及株高基本高于蒸馏水对照。其中,30g/l葡萄糖处理苔藓结皮盖度和株密度最高,分别达到80.96%、68.04株/cm2;30g/l蔗糖处理苔藓结皮株高最大,达到1.16mm。不同浓度糖溶液处理苔藓结皮生物量均低于蒸馏水对照,其中,30g/l蔗糖生物量最低(0.64μg/cm2),较对照降低29.37%。(4)植物生长调节剂类型对苔藓结皮发育的影响因其种类和浓度而异。丁酯、激动素、吲哚丁酸以及噻重氮苯基脲4种植物生长调节剂,随着浓度的提高均表现出抑制苔藓结皮生长发育的趋势。无论浓度高低,细胞分裂素对苔藓结皮盖度、株密度及株高均无显著影响。同一种植物生长调节剂对不同指标的影响结果也不相同。10mg/l丁酯减小了苔藓结皮盖度和株密度,却显著提高了苔藓结皮株高;在整个培育实验过程中,3种浓度萘乙酸处理苔藓结皮盖度和株密度均低于蒸馏水对照,2mg/l萘乙酸处理苔藓结皮株高却始终高于蒸馏水对照。1mg/l噻重氮苯基脲对苔藓结皮生长发育的促进作用最明显,至培育实验末期,1mg/l噻重氮苯基脲处理苔藓结皮盖度、株密度、株高以及生物量分别比蒸馏水对照高出25.88%、58.39%、13.40%、45.83%,差异均达到显著水平。(5)培育黄土高原苔藓结皮的最佳组合为:表层土壤含水量25-30%+光照强度1000lx+接种量700g/m2+hoagland营养液。可在65天内使苔藓结皮盖度、株密度、株高分别达到83.38%、122株/cm2、1.15mm。(6)干旱-复水过程中,人工培育的苔藓植物体内保护酶(超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶)活性、丙二醛及渗透调节物质(可溶性糖、可溶性蛋白质)含量均呈现先上升后下降的趋势,表层土壤含水量呈相反趋势。随着干旱胁迫时间的延长,苔藓植物体内保护酶活性、丙二醛及渗透调节物质含量持续增加。干旱胁迫末期,干旱胁迫处理苔藓植物体内过氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、丙二醛、可溶性糖以及可溶性蛋白质含量分别比对照增加51.63%、273.52%、599.24%、340.78%、107.24%、65.59%。复水1天后,各指标快速下降,随着复水时间的延长,各个指标逐渐下降并接近对照。表明人工培育的苔藓植物在干湿交替环境中具有较强的抗旱能力。(7)随着温度的提高,人工培育的苔藓植物体内保护酶活性、渗透调节物质及丙二醛含量均有不同程度的提高。以高温胁迫1h为例,45℃高温胁迫处理超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量、丙二醛含量分别比20℃对照处理提高22.71%、17.52%、19.38%、29.79%、15.11%、12.83%,除可溶性糖外,其余各指标差异均达到显著水平。随着高温胁迫时间的延长,不同指标的变化趋势不同:苔藓植物体内超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性以及可溶性蛋白质含量随着高温胁迫时间的延长呈现先升高后降低的趋势,可溶性糖含量和丙二醛含量呈现缓慢增长的趋势。表明在人工环境下培育的苔藓植物,对短期高温胁迫有一定的耐热性,但无法抵御长期高温胁迫。因此,将人工培育的苔藓结皮从室内培育环境移至野外变环境之前有必要进行一定的耐热锻炼。
【关键词】：苔藓结皮 营养液 糖类 植物生长调节剂 干旱-复水 高温胁迫
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S154
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-11
• 致谢11-17
• 第一章 绪论17-31
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 国内外研究进展18-30
• 1.2.1 生物结皮的形成过程及影响因素18-19
• 1.2.2 生物结皮的生态作用19-22
• 1.2.3 苔藓植物在生物结皮中的地位和作用22
• 1.2.4 人工培育苔藓结皮的理论基础22-23
• 1.2.5 人工培育苔藓结皮研究进展23-27
• 1.2.6 苔藓植物对逆境的响应27-30
• 1.3 存在问题与不足30-31
• 第二章 研究目标、内容及技术路线31-35
• 2.1 研究目标及内容31-32
• 2.1.1 研究目标31
• 2.1.2 研究内容31-32
• 2.2 实验设计32-33
• 2.3 技术路线33-35
• 第三章 环境因子及接种量对黄土高原苔藓结皮发育的影响35-49
• 3.1 材料与方法36-40
• 3.1.1 供试材料的采集36-37
• 3.1.2 接种材料的制备37
• 3.1.3 正交试验设计37-38
• 3.1.4 培育过程与方法38-39
• 3.1.5 观测指标及方法39-40
• 3.1.6 数据处理40
• 3.2 结果与分析40-46
• 3.2.1 快速培育下苔藓结皮盖度的动态特征40-42
• 3.2.2 快速培育下苔藓结皮株密度的动态特征42-44
• 3.2.3 快速培育下苔藓结皮生物量的动态特征44-46
• 3.3 讨论46-48
• 3.3.1 水分对苔藓结皮发育的作用46-47
• 3.3.2 光照强度对苔藓结皮发育的作用47
• 3.3.3 接种量对苔藓结皮发育的作用47
• 3.3.4 黄土高原苔藓结皮快速培育的可行性47-48
• 3.4 小结48-49
• 第四章 营养物质对苔藓结皮发育的影响49-69
• 4.1 材料与方法50-52
• 4.1.1 培养材料的制备50
• 4.1.2 糖类种类、浓度及其配制方法50-51
• 4.1.3 营养液种类及其配方51
• 4.1.4 培育过程与方法51-52
• 4.1.5 观测指标及方法52
• 4.1.6 数据处理52
• 4.2 结果与分析52-65
• 4.2.1 营养液对苔藓结皮发育的影响52-56
• 4.2.2 糖类对苔藓结皮发育的影响56-65
• 4.3 讨论65-67
• 4.3.1 营养液对苔藓结皮发育的影响65-66
• 4.3.2 糖类对苔藓结皮发育的影响66
• 4.3.3 接种材料采样时间对苔藓结皮发育的影响66-67
• 4.4 小结67-69
• 第五章 植物生长调节剂对苔藓结皮发育的影响69-91
• 5.1 材料与方法69-73
• 5.1.1 培养材料的制备69-70
• 5.1.2 植物生长调节剂的种类及其浓度70
• 5.1.3 不同浓度植物生长调节剂的配制方法70-71
• 5.1.4 培育过程与方法71-72
• 5.1.5 观测指标及方法72-73
• 5.2 结果与分析73-88
• 5.2.1 丁酯对苔藓结皮发育的影响73-75
• 5.2.2 激动素对苔藓结皮发育的影响75-78
• 5.2.3 吲哚丁酸对苔藓结皮发育的影响78-80
• 5.2.4 萘乙酸对苔藓结皮发育的影响80-82
• 5.2.5 细胞分裂素对苔藓结皮发育的影响82-85
• 5.2.6 噻重氮苯基脲对苔藓结皮发育的影响85-88
• 5.3 讨论88-89
• 5.4 小结89-91
• 第六章 人工培育的苔藓植物对干旱-复水过程的生理响应91-103
• 6.1 材料与方法91-97
• 6.1.1 实验材料91-92
• 6.1.2 处理方法92
• 6.1.3 测定指标及方法92-97
• 6.2 结果与分析97-101
• 6.2.1 干旱-复水过程中土壤水分动态变化97-98
• 6.2.2 干旱-复水过程对保护酶活性的影响98-99
• 6.2.3 干旱-复水过程对丙二醛的影响99
• 6.2.4 干旱-复水过程对渗透调节物质的影响99-100
• 6.2.5 干旱-复水条件下各指标相关性分析100-101
• 6.3 讨论101-102
• 6.4 小结102-103
• 第七章 人工培育的苔藓植物对高温胁迫的生理响应103-111
• 7.1 材料与方法103-104
• 7.1.1 实验材料的获取103
• 7.1.2 处理方法103-104
• 7.1.3 测定指标及方法104
• 7.2 结果与分析104-107
• 7.2.1 高温胁迫对保护酶活性的影响104-105
• 7.2.2 高温胁迫对丙二醛的影响105-106
• 7.2.3 高温胁迫对渗透调节物质的影响106-107
• 7.2.4 高温胁迫条件下各指标相关性分析107
• 7.3 讨论107-109
• 7.4 小结109-111
• 第八章 主要结论和创新点及展望111-115
• 8.1 主要结论111-113
• 8.2 研究创新点113
• 8.3 研究展望113-115
• 参考文献115-135
• 作者简介135-136

【参考文献】

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本文编号：329852