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六种旱生灌木抗旱生理基础研究

韩刚  
【摘要】: 本论文以干旱半干旱地区6种利用价值较高的旱生灌木树种柠条(Caragana korshinskii)、沙木蓼(Atraphaxis bracteata)、杨柴(Hedysarum mongolicum)、花棒(Hedysarum Scoparium)、互叶醉鱼草(Buddleja alternifolia)和四翅滨藜(Atriplex canescens)等为研究对象,采用盆栽和称重控水的方法在适宜水分、中度和重度干旱胁迫等3种土壤水分处理下,系统研究了6种灌木PV曲线水分参数、重要渗透调节物质、抗氧化保护系统和光合光响应的特性,探讨了6种灌木对干旱胁迫的生理响应,揭示了它们适应干旱的一些重要生理机制;并探讨了6种灌木代表性叶片旱生解剖结构指标选择的方法,综合评价了它们基于叶片解剖结构的抗旱性。 主要研究结论如下: 1.适宜水分下相比,随干旱胁迫程度从中度到重度增强,6种旱生灌木的PV曲线水分参数膨压为0时的渗透势、饱和含水时的渗透势、膨压为0时的相对含水量和相对渗透水含量均呈减小的变化趋势,而束缚水含量则趋于增大,使6种旱生灌木保持膨压及吸水保水的能力明显增强。 2.基于7项PV曲线水分参数对干旱胁迫下6种旱生灌木保持膨压能力综合评价的结果为:中度干旱胁迫下花棒柠条杨柴沙木蓼四翅滨藜互叶醉鱼草;重度干旱胁迫下柠条沙木蓼花棒杨柴四翅滨藜互叶醉鱼草。 3.干旱胁迫下K+在6种旱生灌木中是不具有普遍渗透调节作用的物质,而可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱和可溶性蛋白质则具有普遍的渗透调节作用;干旱胁迫程度不同,6种旱生灌木参与渗透调节的物质种类会有所变化。 4.6种旱生灌木渗透调节物质的累积量既受干旱胁迫强度又受胁迫时间的影响。渗透调节物质累积量变化决定着依赖其渗透调节能力的大小,因此干旱胁迫下6种灌木的渗透调节能力是处于一种动态的变化中。 5.干旱胁迫下6种旱生灌木的抗氧化保护系统的的响应模式与胁迫强度和时间以及树种自身特性密切相关,显示出特殊性、多样性、动态性及复杂性的变化特点。 6.6种旱生灌木抗氧化保护系统中SOD和CAT的协同作用,AsA、GSH、GR和APX的协同作用主要是在中度和重度干旱胁迫下前期和中期能保持良好或有所增强,而胁迫后期基本都被消弱,此时通常AsA或GSH对H2O2的直接清除成为叶绿体中H2O2清除的重要途径。长期的中度和重度干旱胁迫下6种旱生灌木均受到活性氧毒害,氧化伤害是不可避免的,随干旱胁迫加强,伤害发生的越早。 7.6种旱生灌木的光响应曲线即净光合速率随光合有效辐射的变化表现出基本一致的趋势,均是在低强度光合有效辐射时净光合速率迅速增加,达到一定强度的光合有效辐射后,净光合速率增幅渐趋平缓,采用非直角双曲线模型拟合良好。不同旱生灌木在土壤水分减少的情况下,其光响应曲线的高低呈相似变化规律,即净光合速率在同等光合有效辐射时基本表现为适宜水分中度干旱胁迫重度干旱胁迫。 8.6种旱生灌木的光响应特征参数表观量子效率与最大净光合速率之问并无一定的必然联系。分别应用6种旱生灌木最大净光合速率和表观量子效率在中度和重度干旱胁迫下较适宜水分下降低幅度的平均值对它们光合作用的抗旱适应性进行了比较。从最大净光合速率来看,柠条最强,花棒次之,四翅滨藜、沙木蓼和杨柴基本接近,互叶醉鱼草是最弱的。从表观量子效率来看,仍然是柠条和花棒分别排第一、二位,四翅滨藜和杨柴基本接近,互叶醉鱼草处于倒数第二,沙木蓼则是最弱的。 9.干旱胁迫下光饱和点的降低是造成6种旱生灌木对光照条件需求改变的主要原因,从它和光补偿点变化导致的各灌木有效光强范围变化来看,柠条和花棒在中度及重度干旱胁迫下对光环境具有较强的适应性;杨柴、沙木蓼和四翅滨藜对光环境的适应性在中度干旱时较强,达到重度干旱时很弱;而中度和重度干旱胁迫均严重降低了互叶醉鱼草对光环境的适应性。 10.依据可比性、可测性、变异性及相关性等原则从叶片厚度、上表皮细胞层厚度等13项叶片旱性结构指标筛选出3项在反映6种旱生灌木基于叶片解剖结构的抗旱能力上具有代表性的指标:上表皮细胞层厚度、叶片厚度和气孔密度。并应用隶属函数值法得到6种旱生灌木基于叶片解剖结构的抗旱性强弱依次为:花棒沙木蓼杨柴四翅滨藜柠条互叶醉鱼草。


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