红花玉兰花部性状多样性分析与抗旱性研究

【摘要】：红花玉兰(Magnolia wufengensis)为马履一教授等发现的木兰科木兰属玉兰亚属新种,分布范围狭窄、数量稀少,生境破碎,自然更新困难,处于极度濒危状态,具有极高的科研价值和观赏价值,它作为城市绿化树种和山地造林树种具有广阔的推广应用前景。本文主要对红花玉兰花部性状、花芽分化和发育过程以及抗旱性进行了研究,以期为红花玉兰种质资源保护、遗传育种、引种栽培和推广利用提供参考依据。 本文采用相关分析、主成分分析和聚类分析方法,对红花玉兰花部12个性状进行了连续观察和分析,并筛选出各具特色的优异性状单株；利用常规石蜡切片法,对红花玉兰有性生殖过程中大、小孢子发生和雌、雄配子体发育进行了细胞学观察；以1年生红花玉兰幼苗为试验材料,设置对照(CK)、轻度干旱胁迫(T1)、中度干旱胁迫(T2)和重度干旱胁迫(T3)4个水分处理水平,对红花玉兰抗旱性进行了研究。主要研究结果如下： (1)对红花玉兰花部12个性状的分析结果表明：花部性状遗传变异丰富,各居群内均以12瓣的花朵出现频率最高。聚类分析结果显示个体间的差异较大,同一居群内的个体聚类后分为不同的类别,居群内遗传变异丰富；居群间聚类分析结果显示高峰和栗子坪两个居群在花部性状多样性水平上聚为一类,表明两居群间的遗传多样性较低；影响红花玉兰花部性状的主成分有5个,其中花瓣数的贡献率最大,.达到42.91%；花部12个性状的相关分析结果表明各个性状间的相互影响较大,花柱长与雌蕊数、雄蕊长相互关系密切,花柱长的花朵表现出雌蕊数较多、雄蕊较长。 (2)从优良单株类型来看,箩筐岩居群资源数量虽然较少,但花被片数目的变异类型丰富；黄粮坪居群花色、花型、大小及花被片形状变异丰富,但花被片数目比较稳定；栗子坪居群花的数目、颜色、形状变异都比较丰富,尤其以花被片数目的变异比较明显；高峰居群花的大小和颜色变异均比较丰富。对四个居群50个优良单株花部性状的聚类分析结果表明红花玉兰在居群内遗传变异丰富；主成分分析结果显示前三个主成分分别为花型因子、花大小因子和花色因子,聚类分析和主成分分析均与花部性状多样性研究结果一致。红花玉兰在长期的生长和演化过程中,对不同环境形成了不同的适应机制,从而产生了从个体到种群水平的不同变异现象。 (3)对红花玉兰大小孢子发生和雌雄配子体发育过程的细胞学观察结果显示：该物种大小孢子发生和雌雄配子体的形成过程基本正常,不是导致其濒危的原因,红花玉兰的濒危原因有待于做进一步研究。 (4)干旱胁迫抑制了红花玉兰幼苗的光合作用,随着干旱胁迫程度的加剧,株高、地径、生物量、净光合速率、气孔导度和叶片蒸腾速率逐渐降低,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在T1处理略有升高,在T2和T3处理明显降低；胞间二氧化碳浓度、气孔限制值与水分利用效率保持相对的稳定,在轻度胁迫时略有上升,在中度、重度胁迫时转为下降的趋势,生物量分配更多地流向地下器官,地上器官生物量分配明显变少,造成根冠比增大。在不同的水分供应条件下,红花玉兰幼苗的渗透调节物质、膜脂过氧化及保护酶等参数均表现出明显的差异,随着干旱胁迫程度的加剧,红花玉兰幼苗叶片组织相对含水量有所下降,可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛含量逐渐累积升高,在同一处理水平,随着胁迫时间的延长,相对含水量呈下降的趋势,而脯氨酸表现出明显的累积现象；保护酶SOD、POD、CAT、APX变化规律基本一致均呈现先增加而后降低的变化趋势。干旱胁迫条件下,红花玉兰幼苗的生长受到一定程度的抑制,但能通过多方面的形态和生理调节来适应水分环境的变化,维持植物正常的生理代谢功能,保证了干旱胁迫下的正常生长,这些适应机制使其能够适应较大程度的干旱环境,表现出一定的抗旱耐旱能力,而成为水资源短缺城市造林绿化不可多得的新种质。