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天山云杉的自毒作用及其生理学机制研究

黄闽敏  
【摘要】: 天山云杉是中亚和亚洲中部山地的特有种,在中国仅见于新疆,其主要分布在天山北坡,天山南坡和昆仑山西部北坡也有少量分布,对天山的水源涵养、水土保持发挥着不可或缺的重要作用。随着经济建设对森林物质产品需求的增长和各类经济活动对森林生态系统干扰强度的加大,天山云杉的天然更新问题日显突出。基于这一问题,许多学者从幼树所处的光照、水分和养分条件等方面进行了大量的研究,但从研究结果和所产生的效果来看,距离对这一问题的解决还有非常大的差距。为此,本研究基于“天山云杉天然更新故障的自毒作用”假设,采用生物测定的方法,在人工气候箱中模拟天山云杉种子萌发和幼苗生长条件,就针叶水浸提取液对天山云杉种子萌发和幼苗生长的影响进行了检验。在此基础上,利用高效液相色谱分析方法进一步测定了经针叶和凋落物水浸提取液处理后对天山云杉种子萌发和幼苗生长过程中内源激素的变化情况。研究所得结果如下: 在自毒作用的生物鉴定方面,两种温度条件(①光周期20℃、16h,暗周期15℃、8h;②光周期15℃、16h,暗周期10℃、8h)的实验表明,天山云杉针叶水浸提取液对其种子萌发和幼苗生长存在自毒作用。在浓度较低时,自毒作用主要表现为对种子萌发的延迟;在浓度较高时,自毒作用主要表现为对种子萌发的强烈抑制,并且随着浓度的增大抑制作用逐渐增强。15~20℃条件下,当提取液浓度达到0.1gDWml-1时,对种子萌发的抑制作用达到极显著水平,抑制率达到31.3%;当提取液浓度达到0.05gDWml-1时,对幼苗胚根、胚芽伸长的抑制作用达到极显著水平,抑制率分别达到44.0%和27.8%。10~15℃条件下,当提取液浓度达到0.025gDWml-1时,对种子萌发的抑制作用达到极显著水平,抑制率达到55.7%;当提取液浓度达到0.3gDWml-1时,对幼苗胚芽伸长的抑制作用达到极显著水平,抑制率分别达到16.9%;此外,对干重的影响则表现为促进作用,当提取液浓度达到0.3gDWml-1时,与对照相比,对幼苗干重增加的促进作用达到了显著水平,提高了23.6%。 在自毒作用的生理生态机制方面,利用高效液相色谱分析表明,经针叶和凋落物水浸提取液处理后,天山云杉种子萌发和幼苗生长过程中GA3水平显著升高,造成其大量积累,从而促进了激素IAA的合成,提高了IAA的含量,破坏了激素之间的正常平衡。与此同时,IAA水平随着处理浓度的增大后亦显著升高,产生积累,从而增加了ACC合成酶mRNA的转录水平,促进了AdoMet转化为ACC,诱导乙烯的生物合成,导致种子萌发和幼苗生长受到抑制。此外,随着提取液浓度的增大,也造成了ABA含量的大量积累,抵消了GA3和IAA的作用,诱导乙烯的生物合成,从而对种子萌发产生抑制作用。由此表明,对内源激素平衡的破坏是启动天山云杉自毒作用的重要机制之一。此外,实验结果还表明,温度和浓度对天山云杉种子萌发和幼苗生长存在交互效应,并且对此过程中内源激素的影响也存在交互效应。


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