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金荞麦和荞麦对增强UV-B辐射及干旱胁迫的生理生态响应

张益锋  
【摘要】: 全球干旱、半干旱地区约占耕地面积的一半,这些地区水分供应不足,森林植被疏稀,生态环境恶化,水土流失严重,自然灾害频繁。而全球气候变化与局部干旱化将导致越来越多的干旱、半干旱地区受到更为严重的干旱胁迫影响。干旱胁迫对植物的影响是多方面的,其中就包括生物量积累和分配、光合色素、保护物质和保护酶系统。平流层臭氧层的衰减会直接导致到达地表的UV-B辐射(280-315 nm)的增强,对植物的生长发育造成不可避免的影响。因此,增强UV-B辐射势必会影响到植物对干旱胁迫的响应或敏感性。 金荞麦(Fagopyrum dibotrys (D.Don) Hara)不但是国家Ⅱ级重点保护野生植物,且在药理和临床方面都具有较高的药用价值,由于其药用价值,金荞麦需求量与日俱增。而荞麦(Fagopyrum esculentum Moench.)是一种我国广泛栽培的且具有很高营养价值的作物。本文研究了模拟增强UV-B辐射及干旱胁迫下的金荞麦和荞麦生物量积累与分配、叶光合色素、叶保护物质和保护酶的响应,比较了两种荞麦属植物在上述条件下的可塑性差异,以此探讨增强UV-B辐射对处于干早胁迫下的植物影响,以期为金荞麦的保护利用和荞麦的种植提供理论依据。 1)干旱胁迫导致了金荞麦和荞麦各营养器官生物量和总生物量积累降低,且随着干旱胁迫程度的加深,这种降低的趋势越明显。荞麦根生物量配置随干旱胁迫的加重显著升高,金荞麦则无明显规律。金荞麦和荞麦茎生物配配置和叶生物量配置有随着干早胁迫程度加深而下降的趋势。大充足水分状况下:增强UV-B辐射显著降低了金荞麦和荞麦根生物量、叶生物量和总生物量积累:增强的UV-B辐射同样降低了金荞麦茎生物量积累,而荞麦茎生物量积累对增强的UV-B辐射却不敏感:增强UV-B辐射还使荞麦花序生物量积累提高了;增强的UV-B辐射降低了金荞麦根生物量配置,而荞麦根生物量配置对增强的UV-B辐射并不敏感;增强的UV-B辐射能提高金荞麦和荞麦茎生物量配置;金荞麦叶生物量配置对增强的UV-B辐射不敏感,而增强UV-B辐射降低了荞麦叶生物量配置;增强的UV-B辐射能提高荞麦花序生物量配置。在中度干旱胁迫下:增强的UV-B辐射提高了金荞麦和荞麦根生物量积累;增强的UV-B辐射能使金荞麦和荞麦茎生物量积累得到提高,但这种影响只在特定的处理时间点上达到显著水平;增强的UV-B辐射能使得金荞麦叶生物量积累先降低后升高,却增加了荞麦叶生物量积累;增强UV-B辐射使荞麦花序生物量积累升高;增强UV-B辐射能提高金荞麦根生物量配置,却降低了荞麦根生物量配置;金荞麦和荞麦茎生物量配置对增强UV-B辐射不敏感;金荞麦叶生物量配置对增强的UV-B辐射不敏感,而增强UV-B辐射大特定时期能提高荞麦叶生物量配置:荞麦花序生物量配置对增强的UV-B辐射不敏感。在重度干旱胁迫下:增强的UV-B辐射也提高了金荞麦和荞麦根生物量积累;增强的UV-B辐射能使金荞麦和荞麦茎生物量积累得到一定提高,但这种影响只在特定的处理时间点上达到显著水平;金荞麦叶生物量对增强的UV-B辐射并不敏感,增强的UV-B辐射却显著增强了荞麦叶生物量积累;增强的UV-B辐射使荞麦花序生物量积累升高了;金荞麦根生物量配置对增强UV-B辐射不敏感,增强的UV-B辐射却提高了荞麦根生物量配置;增强UV-B辐射对金荞麦和荞麦茎生物量配置无显著影响;金荞麦叶生物量配置对增强UV-B的辐射不敏感,而增强UV-B辐射显著提高了荞麦叶生物量配置;增强的UV-B辐射降低了荞麦花序生物量配置。从生物量综合特征可塑性指数来看,UV-B辐射或干旱处理中金荞麦生物量综合特征可塑性比荞麦要高,金荞麦在生物量综合特征方面表现出比荞麦更高的可塑性。 2)金荞麦和荞麦叶叶绿素a含量、叶绿素b含量和总叶绿素含量都随干旱程度的加重而降低:在充足水分状况下,增强的UV-B辐射降低了金荞麦和荞麦叶绿素a含量、叶绿素b含量和总叶绿素含量;而在干旱胁迫下,除金荞麦叶绿素a含量对增强的UV-B辐射不敏感外,增强的UV-B辐射都能提高荞麦叶绿素a含量、金荞麦和荞麦叶绿素b含量和总叶绿素含量。金荞麦叶绿素a/叶绿素b随干旱胁迫程度的加重而降低,在处理中期最为明显:中度干旱胁迫在处理中期提高了荞麦叶绿素a/叶绿素b;无论是充足水分还是干旱胁迫条件下,叶绿素a/叶绿素b比值对增强的UV-B辐射都不敏感。金荞麦和荞麦叶类胡萝卜素含量都随干早胁迫加重而降低;只有在充足水分状况下,增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶类胡萝卜素含量,而其它水分状况下,金荞麦和荞麦叶胡萝卜素含量对增强的UV-B辐射不甚敏感。金荞麦和荞麦类胡萝卜素/叶绿素比值在处理中后期基本有随干旱程度的加深而升高的趋势,到后期达到显著水平;在充足水分状况下,增强的UV-B辐射显著提高了金荞麦类胡萝卜素/叶绿素比值,而其它水分状况下,金荞麦和荞麦类胡萝卜素/叶绿素比值对增强的UV-B辐射不甚敏感。从光合色素可塑性指数来看,UV-B辐射或干旱处理中金荞麦光合色素可塑性比荞麦要高,金荞麦在光合色素方面表现出比荞麦更高的可塑性。 3)金荞麦和荞麦SOD活性、总黄酮含量、丙二醛含量和可溶性糖含量随干早胁迫的增加而显著上升;POD活性随干旱胁迫的加深而升高,在处理中期达到显著水平,而在处理前期和后期,这种影响似乎有减弱的趋势;在处理前中期游离脯氨酸含量随干旱胁迫的加重而上升,在处理后期则无明显规律;金荞麦可溶性蛋白含量在处理前期随干旱胁迫的加深而升高,而到处理中后期则随干旱胁迫的加深而降低,荞麦可溶性蛋白含量在处理前期随干旱程度的加深而增高,而在处理后期则刚好相反。在充足水分状况下,增强的UV-B辐射处理提高了金荞麦和荞麦叶SOD活性、总黄酮含量、游离脯氨酸含量、丙二醛含量;增强的UV-B辐射在处理前期和后期提高了金荞麦POD活性,荞麦则不同,增强的UV-B辐射在处理后期降低了其POD活性;增强的UV-B辐射在处理前期增加了金荞麦叶可溶性蛋白含量,而在后期则减小了金荞麦和荞麦叶可溶性蛋白含量;增强的UV-B辐射降低了金荞麦和荞麦叶可溶性糖含量。在干早胁迫下,增强的UV-B辐射在处理中期提高了金荞麦SOD活性,而在处理前期和后期却降低了其SOD活性;增强的UV-B辐射在处理后期升高了金荞麦叶P.OD活性,却降低了荞麦叶POD活性;增强的UV-B辐射在处理后期降低了荞麦叶总黄酮含量;增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶游离脯氨酸含量,在处理中期降低了荞麦叶游离脯氨酸含量;增强的UV-B辐射提高了金荞麦和荞麦叶丙二醛含量;在中度干旱胁迫下,增强的UV-B辐射提高了金荞麦叶可溶性蛋白含量,而在重度干旱胁迫下,增强的UV-B辐射在处理前中期提高了金荞麦叶可溶性蛋白含量,而在后期则减小了其叶可溶性蛋白含量,而荞麦叶可溶性蛋白含量始终对增强的UV-B辐射不敏感;增强的UV-B辐射显著降低了金荞麦叶可溶性糖含量,而荞麦只在重度干旱胁迫下才有这种影响。在UV-B辐射和干旱处理下,金荞麦在保护酶和保护物质方面表现出比荞麦更高的可塑性。 总之,在干旱条件下增强的UV-B辐射不会加剧对金荞麦和荞麦的伤害,而在一定程度上有利于提高两者对干旱的抗性。


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