土壤水分胁迫下金银花与酸枣光响应特征

发布时间：2019-04-09 19:07

【摘要】：在气候变化背景下,土壤水分胁迫发生概率呈增大趋势,严重制约植物的生长发育和生产力形成。研究土壤不同水分胁迫程度下植物光合作用的变化过程与机理,可以获取植物受水分胁迫影响的早期信号,有助于深入了解植物对水分和光照等生境因子的适应性和抗逆性特征。金银花(Lonicera japonica)、酸枣(Ziziphus jujuba)是我国北方土石山区广泛分布的藤本、灌木经济植物和水土保持树种,两种植物都具有较强的抗旱性,但在抗旱性方面具有不同的生物学表现。目前,对金银花与酸枣抗旱性的研究多见在其形态学和解剖结构特征等方面的报道,但两种植物在抗旱的光合生理特性、机理及其差异性方面,因缺乏相关研究还不清楚。为此,研究土壤水分胁迫对金银花与酸枣光响应过程的影响,对深入认识两种植物光合作用的变化过程与机理、科学指导两种植物栽培的田间水分管理具有重要意义。研究选用3年生金银花(沂蒙3号)与酸枣为试验材料,在山东农业大学林学实验站温室大棚内开展盆栽试验布设,采用人工灌水和植物自然耗水的控水方法获取多级土壤水分梯度,测定了两个树种的光合作用、叶绿素荧光指标。研究两种植物气体交换参数和叶绿素荧光参数对不同水分条件和光强的响应。主要研究目的:1)阐明不同土壤水分条件下金银花与酸枣气体交换参数的光响应特征和叶绿素荧光参数的水分响应特征;2)揭示不同水分胁迫程度对金银花与酸枣光合生产力的影响程度、荧光机制以及对土壤水分条件和光强的适应性与差异性;3)尝试提出基于“产”、“效”的土壤水分有效性的分级。研究的主要结果:(1)金银花与酸枣Pn与WUE的光响应曲线随着光强的增大表现出相似的规律,即:先快速升高后缓慢升高至稳定的最大值。在饱和含水量至最低含水量范围内,光合作用参数对土壤水分表现出明显的阈值响应规律,金银花Pn在RWC为79.59%时达到最高,而酸枣在RWC为65.06%时达到最高值;金银花WUE在RWC为36.40%时达到最高水平,酸枣WUE在RWC为41.05%时达到最高水平。并通过对各参数土壤水分的响应规律分析得出,RWC=29.71%与RWC=38.53%分别为金银花与酸枣叶片气孔机制转折点(RWCSL-NSL)。相对于金银花,酸枣LSP与LCP跨度更大,具有更宽的生态幅,既有一定的耐荫性,又能适应较强的光辐射,是对光适应的生态幅较宽的植物。(2)对比金银花与酸枣,在适宜的水分条件下,金银花Pnmax为18.3μmol·m-2·s-1,而酸枣为17.19μmol·m-2·s-1,金银花具有更高的光合能力。但酸枣能够在较大的光强范围内保持较高的光合速率水平且不发生明显的光抑制现象,相对于金银花其保持较高Pn的光强范围较宽,对高光强的适应能力较高。金银花与酸枣Φ均在Pn最高水分点达到最大值,且酸枣Φ在各个水分点下均高于金银花,表现出较强的弱光下捕获光量子的能力。金银花与酸枣叶片的LUE对光照强度的响应过程均表现为显著的单峰曲线,不同土壤水分下两个树种LUE表现出明显的阈值响应,金银花与酸枣分别在RWC为79.59%、65.06%时达到最大且金银花LUE始终高于酸枣,金银花光能利用的状况优于酸枣。(3)适度的水分胁迫有利于提高金银花与酸枣PSⅡ反应中心的电子传递和转换效率,进而有利于提高植物的光合能力,土壤水分过多对于消除光抑制有一定帮助,但会影响植物的PSⅡ的光化学效率及电子传递活性等,不利于提高植物的光合生产力。随着土壤水分的减少,金银花与酸枣的Fo逐渐增大,Fm、Fv/Fm、ΦPSⅡ及qP下降,植物的PSⅡ反应中心发生了可逆失活以及严重的光抑制现象。并且在胁迫初期,金银花与酸枣通过热耗散消耗掉的光能逐渐增加,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤,是植物对逆境光抑制的一种被动适应。这虽然降低了光化学效率,但可以使两个树种在遭受到水分胁迫时免受或减少光破坏、减轻光抑制造成的光合生产力的更大损失。(4)根据对金银花与酸枣Pn、Tr、WUE等具有最高和最低有效性的土壤水分临界值,将土壤水分划分为不同的阈值区间,提出金银花与酸枣土壤水分有效性及生产力分级标准。金银花土壤水分分级为:当RWC11.44%时,为“无产无效水”;RWC在29.10%~36.40%之间时,为“低产高效水”;RWC在36.40%~79.59%之间时,为“高产高效水”;当RWC79.59%时,为“高产低效水”。酸枣土壤水分分级为:当RWC11.32%时,为“无产无效水”;RWC在38.53%~41.05%之间时,为“低产高效水”;RWC在41.05%~65.06%之间时,为“高产高效水”;当RWC65.06%时,为“高产低效水”。综上所述,金银花与酸枣均对水分胁迫环境具有一定的适应性,在遭受胁迫时,通过热耗散消耗掉的光能逐渐增加,可有效地避免过剩光能对光合机构的损伤,使两个树种在遭受到水分胁迫时免受光破坏、减轻光抑制造成的光合生产力的更大损失。但两个树种抗旱能力有差异,金银花在适宜的水分下能够达到更高的净光合速率,且其光能利用效率较高,而酸枣对高光强的适应能力较高,能够在较宽的光强范围内保持稳定的净光合速率,且对弱光具有较强的利用能力。根据两个树种抗旱表现的不同,在实际的生产及水分管理中,应分别保持土壤相对含水量在36.4~79.59%与41.05~65.06%之间,才能使金银花与酸枣达到较高生产力水平。
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【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S665.1;S567.79

【参考文献】