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两种菊科植物幼苗旱生结构、功能发育过程研究

王静  
【摘要】:沙漠化是干旱区目前最严重的现实,亦是人类生态环境面临的主要课题。干旱区需要解决的课题多种多样,但最重要的莫过于生态环境及绿洲的稳定。稳定干旱区生态环境的立足点和依据应从生物与环境的相互关系中寻找。查明并利用有关规律对干旱区生态环境恢复与建设将具有极其重要的理论与实践意义【1】。 由于水资源的匮乏,干旱区与湿润区相比,生物多样性受到严重抑制,但在长期的适应演化过程中,此区亦分布着种类不乏的旱生植物群落,洞察现存各类植物对环境的适应规律,显然是促进荒漠区植被恢复的重要环节。 前人大量研究工作表明,旱生植物对环境的需求,可划分为两个不同阶段,前一阶段始于种子萌发并逐渐形成适旱结构,后一阶段是植物在干旱条件下利用当地自然水源而生长。植被恢复与重建能否取得进展,在很大程度取决于幼苗期能否完成适旱过渡,这种现象,在依赖自然水源生繁的地区特别明显。 荒漠中自然生长的植被,通常具有耐受长期干旱的特殊能力。但在其生长过程中亦必须获得足够的水分供给,尤其在种子萌发和幼苗生长的阶段更是如此。在生命中的最早阶段,幼苗即面临着迅速而至的夏季,而恶劣的水分条件对幼苗的生存是一种严峻的挑战。但荒漠区自然分布的旱生植被这一事实说明了,旱生植物幼苗具有的特殊适应机制使其能顺利度过生命历程中的第一个旱季。在水分条件渐减乃至干旱、炎热的立地条件中,幼苗能否及时适应——旱生结构的迅速形成与生理功能的迅速完善,是决定旱生植物能否在荒漠气候条件下继续生长的至关重要的因素。 本研究以此为出发点,摆脱传统的对旱生植物成株研究的局限,侧重研究旱生植物自种子萌发开始后约60天内的幼苗结构、功能的动态适应变化。WP=4本项工作通过野外考察和实地观测、人工室外育苗培植相应幼体,石蜡切片、生理生化检测等方法进行研究。 研究结果表明:由于物种多样性,在长期的适应演化过程中,旱生殖物幼苗对恶劣生境的适应方式多种多样,但其对水分条件的适应机理却是一致的。与生命周期短暂的短命植物不同,多年生旱生植物的当年生幼苗,当面临水分胁迫时,其结构和生理功能具有迅速改组与完善的特征。 实验研究的两种菊科(compositae)植物(准噶尔沙蒿(Artemisia songarica Schrenk)和沙漠绢蒿 (Seriphidium santolinum (Schrenk) Poljak.)),形态解剖方面的变化表现为:随日龄增加,根长/株高比值日益增大;根系逐渐发达;体积与叶面积比逐渐增大;表皮细胞体积变小;角质层增厚;根外部出现加厚的木栓层;气孔下陷;叶、茎部的表皮毛密布,栅栏组织日益发达;而细胞间隙日渐变小;海绵组织逐渐消失;叶面结构常为典型旱生结构——等叶面;晶细胞及纤维细胞数目增多;输导组织、机械组织日渐发达;具有维管束鞘等等。生理功能方面的适应性变化表现为:随日龄增加,水势逐渐降低;脯氨酸含量逐渐增加;总含水量逐渐降低;束缚水含量和束缚水/自由水比值逐渐升高;持水力逐渐增强等等。 综合来看,本文所研究的这两种植物幼苗具有在相对较短的日龄内,迅速形成并完善适旱结构的共同特征,并且伴随适旱结构的形成,其生理功能也逐步完善。20日龄时,幼苗适旱结构及生理功能初步发育,40天基本成熟。两种植物抵御干旱的方式基本相似,都是通过发达的根系、逐渐降低的水势、逐步升高的脯氨酸含量、发达输导组织等特点来增强植物的吸水能力。通过植株的矮化、日益减小的表面积、色浅而发达表皮毛、增厚的角质层、升高的束缚水含量、下陷的气孔等特征来减少失水。但具体哪一种方式占主要地位及主要通过什么物质进行渗透调节,两者可能不尽相同,至于这种不同及内在机理还有待于进一步研究。 WP=5比较而言,沙漠绢蒿从旱生解剖结构、生理功能两方面来说,对干旱的适应都比准噶尔沙蒿更强。这一结果与野外的观测情况一致,沙漠绢蒿在流动沙丘的分布远远广于准噶尔沙蒿。 上述研究表明,植物幼苗在严酷的干旱胁迫来临之际,能完成适旱结构及完善适旱生理功能是旱生植物得以在荒漠区生存延续的内因。对旱生植物幼苗这一动态过程的研究,无疑具有深刻的理论意义与实践价值,它有助于揭示旱生植物自然生繁、散布的共同规律,对恢复与重建植被、进而实现重建受损的生态系统具有重要的现实意义。


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