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《四川农业大学》 2011年
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麻疯树幼苗对干旱胁迫及施氮的生理生态响应

尹丽  
【摘要】:干旱与半干旱系统中不断加剧的水分与养分的缺失将严重限制植物的生长和植被的更新。如何缓解抑制这种趋势,逐步改善已经恶化的环境是现在和将来干旱系统管理者面临的关键问题。了解干旱系统适生植物对未来气候变化的响应机制,对人为调节干旱环境,改善干旱系统植被条件,提高植被覆盖度具有重要的实践意义。本研究以干热河谷重要木本油料树种麻疯树(Jatropha curcas)为研究对象,通过大棚水分和施N控制试验,设置80%FC(土壤相对含水量为80%~85%,下同)、60%FC(60%~65%)、40%FC(40%~45%)、20%FC(20%~25%)四个水分梯度,N0(0 kg N·hm-2)、NL(96 kg N·hm-2)、NM(288 kg N·hm-2)、NH(480 kg N·hm-2)四种施氮水平,从植株生长-生理-资源利用入手,系统的研究了麻疯树幼苗对干旱胁迫和施N的生理生态响应,揭示麻疯树幼苗的抗(耐)旱机制,并试图探讨施N是否可提高麻疯树幼苗适应干旱环境的能力及促进干旱条件下幼苗定居,以此为麻疯树生物质能原料林栽培管理技术中的水肥管理提供理论参考。初步研究结果如下: (1)麻疯树幼苗生长、生物量积累与分配对干旱胁迫和施N的响应 麻疯树幼苗株高、地径、叶数、叶面积和各组分生物量均随干旱胁迫程度的增加而明显降低,而根长在干旱下胁迫明显增加。N肥对麻疯树幼苗生长的影响因土壤水分条件不同而有所差异。在80%FC和60%FC水分条件下,各施N处理植株与N0相比均表现出较高的叶片数量、叶面积、株高、地径、根长和生物量,且NM处理对生长的促进作用最强:在40%FC和20%FC水分条件下,NL处理的促进作用明显,NM和NH处理的促进作用逐渐减小并转为抑制作用。细根生物量分配比例在干旱胁迫下明显高于80%FC处理,叶片和粗根生物量分配比例在80%FC和60%FC水分条件下较高,而茎生物量分配比例在40%FC和20%FC水分条件下升高。在80%FC和60%FC水分条件下,施N增加了叶片和细根分配比例,但降低了粗根和茎分配比例;在40%FC和20%FC水分条件下,施N增加了茎分配比例,降低了叶片分配比例,NL处理能明显增加粗根和细根分配比例。 (2)麻疯树幼苗水分状况对干旱胁迫和施N的响应 麻疯树幼苗叶片和根部含水量在40%FC条件下开始显著降低,茎含水量在60%FC和40%FC条件下显著升高,且在20%FC条件下与80%FC相比无明显下降。在60%FC条件下施N明显增加了幼苗根、茎和叶含水量,且NM处理下各组分含水量最高;在40%FC条件下NL和NM处理能一定程度改善幼苗叶片和茎水分状况;而在20%FC条件下施N对植株水分状况的改善无明显作用,NM和NH处理甚至恶化植株水分状况。 (3)麻疯树幼苗光合生理特征对干旱胁迫和施N的响应 麻疯树幼苗叶片光合效率随着干旱胁迫程度的增加而显著降低,但光合色素含量在60%FC和40%FC条件下显著升高。在轻度和中度干旱条件下幼苗净光合速率的降低主要是气孔限制的作用,而严重干旱条件下非气孔限制可能是导致幼苗叶片光合速率下降的主要原因。干旱条件下施N对水分胁迫造成的植株叶片光合作用的减弱有明显的补偿作用,但NM和NH只有在80%FC和60%FC条件下对植株光合效率有明显促进作用,在40%FC和20%FC条件下NM和NH的促进作用减弱并转向抑制,此时NL的促进作用更加明显。 (4)麻疯树幼苗渗透调节对干旱胁迫和施N的响应 麻疯树幼苗茎和根中可溶性糖、游离脯氨酸和可溶性蛋白在干旱胁迫下大量积累;叶片中脯氨酸含量也随干旱胁迫程度的增加而大幅度上升,可溶性蛋白含量在40%FC条件下显著升高,可溶性糖含量在20%FC条件下显著降低。干旱胁迫下Na+、Ca2’和Mg’在麻疯树幼苗根、茎和叶中大量积累,而K+仅在茎中大量积累,叶片和根部K+含量仅略微上升。在土壤水分条件相对较好时(80%FC和60%FC),增加N肥施用量能明显促进麻疯树幼苗各组分可溶性物质的积累;当土壤水分下降至40%FC时,NH处理对可溶性物质积累的促进作用减弱;而在20%FC条件下,NL处理植株表现出较高的渗透调节能力,NM和NH处理对植株渗透调节的促进作用不明显甚至转为抑制作用。 (5)麻疯树幼苗抗氧化代谢对干旱胁迫和施N的响应 干旱胁迫条件下麻疯树幼苗叶片和根SOD、POD和CAT活性及茎SOD和POD活性均有所升高,茎CAT活性则降低,但极端干旱条件下叶片SOD和CAT活性下降至胁迫前水平。在60%FC条件下,增加施氮量明显提高了麻疯树幼苗各组分SOD、POD和CAT活性,降低了MDA含量;在40%FC条件下,NH处理对各种酶活性的促进作用不明显,NL和NM处理植株表现出较高的酶活性和较低的MDA含量;而在极端干旱条件下(20%FC),NM和NH处理虽然增加了茎POD和CAT活性,但明显抑制了麻疯树幼苗其他组分内源保护酶活性及增加了植株各组分MDA含量,NL处理植株表现出较高的活性氧代谢能力。 (6)麻疯树幼苗养分吸收与利用效率对干旱胁迫和施N的响应 麻疯树幼苗C、N和P的积累,N和P吸收效率随干旱胁迫程度的增加而降低,N和P利用效率则升高。当土壤水分在80%FC~40%FC之间变化时,施氮处理增加了植株C、N和P的积累,且NM处理表现出最高的C、N和P积累量;而在20%FC条件下,NL处理显著增加了三种元素的积累量。在各种水分条件下增加N肥施用量显著降低了N利用效率,却提高N吸收效率;干旱条件下NL和NM处理降低了P利用效率,但增加了植株P吸收效率。此外,干旱条件下植株叶片C、N和P积累量的分配比例降低,茎部各元素的分配比例增加,增加施氮量能明显增加茎部C、N和P积累量的分配比例。 综合分析表明,干旱胁迫引起麻疯树幼苗水分亏缺,降低了光合效率和养分吸收效率,从而抑制了麻疯树幼苗的生长、生物量积累及C、N和P的积累。但麻疯树幼苗在干旱胁迫下通过其自身的保护机制(渗透调节和抗氧化保护系统)和改变资源分配格局来抵御干旱环境,从而仍能长时间地在极端干旱环境下维持其生命代谢的进行。干旱条件下合理施氮可以通过渗透调节机制来改善植株水分状况,通过增加光合色素及相关酶活性来增强光合效率并进一步增加各组分生物量的积累,从而减轻干旱胁迫对麻疯树幼苗带来的负面效应。但在极端干旱条件下过高施用N肥对此并无显著影响,甚至加重了干旱对植株的伤害。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S565.9

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