中华蚊母对水分胁迫的生长及生理生化响应

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三峡水库消落带实行“冬蓄夏排”的反季节水位调度管理方式使得消落带水位呈现周期性涨落规律。由于水位的常年周期性变化,消落带土壤将反复经历从干旱状态到全水淹状态的一系列梯度性变化。冬季库区蓄水,消落带适生植物被淹没。到1月份,库区水位开始下降,7月份进入高温天气后,消落带植物由于暴露于夏季高温环境中而面临短时间轻度干旱胁迫,由此形成水淹—干旱交替胁迫现象。这将很可能打乱库岸带植物的生理节律,影响这些植物的生长与生理过程。本文以中华蚊母(Distylium chinense)为研究对象,模拟消落带土壤水分含量变化,设置了对照组CK(常规供水)、持续性根部水淹组CF(水淹至土壤表面5cm)、周期性水淹—干旱组PF和全淹组TF(没顶1.8m水淹),研究了中华蚊母在不同土壤水分条件下的生长、光合以及生理生化响应机制,探究其对周期性水淹—干旱胁迫的适应性机理。与此同时,模拟三峡库区消落带植被构建体系,设置了2种常见的中华蚊母搭配模式,中华蚊母+狗牙根(Cynodon dactylon)(ZG)、中华蚊母+牛鞭草(Hemarthria sibirica)(ZN),相较于2种常见的秋华柳搭配模式,秋华柳(Salix variegata)+狗牙根(QG)和秋华柳+牛鞭草(QN),进一步深入研究在3种不同的水分梯度(即对照组CK、水淹至土壤表面5cm组T1和全淹组T2)条件下中华蚊母生长和生理响应机制,以及与秋华柳相比较的优势。得到的主要结果如下:1)水分胁迫对中华蚊母形态及生长的影响持续性根部水淹和周期性水淹—干旱条件下中华蚊母均会形成皮孔,使植株获得更多的02,以抵抗缺氧。持续性根部水淹和全淹条件下中华蚊母根系由棕黄色变为黑色,并逐渐枯死腐烂。水分胁迫下中华蚊母的叶色逐渐由深变浅,其中周期性水淹—干旱胁迫下中华蚊母受到的影响较小。持续性根部水淹、周期性水淹—干旱和全淹处理均导致中华蚊母的株高、地径(CF组除外)和生物量较对照组显著降低。水分胁迫下中华蚊母的株高、地径(TF组除外)和生物量均随处理时间延长而逐渐增加,CF组皮孔数量也随处理时间的延长而逐渐增加,说明中华蚊母对持续性根部水淹和周期性水淹—干旱胁迫具有一定的适应性。2)水分胁迫对中华蚊母光合、生理的影响水分胁迫对中华蚊母的叶绿素含量产生了显著影响。中华蚊母CF组和TF组总叶绿素含量、叶绿素a/叶绿素b比值和叶绿素/类胡萝卜素比值均显著低于对照组,且随处理时间的延长逐渐降低。PF组的总叶绿素含量、类胡萝卜素含量和叶绿素a/叶绿素b比值则与对照组无显著性差异。不同水分处理均显著影响中华蚊母的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度和水分利用效率。CF、PF和TF组胞间CO2浓度均显著高于对照组,与净光合速率显著低于对照组形成鲜明对比。在实验初期,中华蚊母各组净光合速率下降,之后逐渐趋于稳定。CF和PF组的气孔导度也呈先降低后趋于平稳的变化趋势,但TF组的气孔导度则显著高于对照组。随着处理时间的延长,中华蚊母CF和TF组的胞间CO2浓度逐渐升高,而PF组则先升高后降低。中华蚊母CF和TF组的水分利用效率随处理时间的延长逐渐降低,与之不同的是,PF组的水分利用效率则逐渐增加。持续性根部水淹和全淹条件下,中华蚊母的根系活力逐渐降低,而周期性水淹—干旱对中华蚊母的根系活力无显著影响。水分胁迫初期,中华蚊母各处理组的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性随胁迫程度的增加均呈现上升趋势,说明中华蚊母对各种水分胁迫做出积极响应。随着处理时间延长,保护酶的活性开始下降,但PF组的酶活性高于CF和TF组。水分胁迫处理下中华蚊母过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O2·-)、丙二醛(MDA)、游离脯氨酸和可溶性糖含量显著增加,而可溶性蛋白含量则显著下降。3)水分胁迫对不同搭配模式下中华蚊母生长及生理的影响以及与秋华柳的比较不同搭配模式和水分处理显著影响4种植物的根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量,但未对其株高、地径产生显著影响。不同搭配模式对各物种保护酶活性、MDA含量、O2·-含量及渗透调节物质含量未产生显著影响,但不同水淹胁迫对各物种的保护酶活性、MDA含量、O2·-含量及渗透调节物质含量产生了显著影响。水分胁迫下不同搭配模式中植物的保护酶活性、MDA含量、O2·-含量及渗透调节物质含量均有所改变,但不同的植物对水分胁迫的反应不同。秋华柳与狗牙根或牛鞭草搭配种植时,秋华柳的生长缓慢,说明狗牙根和牛鞭草对秋华柳的生长产生了不良影响。中华蚊母与狗牙根搭配时,狗牙根的生物量显著降低,说明中华蚊母影响狗牙根的生长。而当中华蚊母与牛鞭草搭配种植时,两种植物均能在水分胁迫环境中生长,迅速覆盖地表,且中华蚊母和牛鞭草根系发达,对土壤有良好的固持作用,因此,中华蚊母与牛鞭草搭配组合优于其他三种搭配组合。
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