不同油茶品种对干旱胁迫的响应机制

来源 :南京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangpingliu
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油茶是中国重要的木本油料树种及生态树种,是我国南方红壤丘陵区大力发展的经济树种之一。然而,我国红壤区季节性干旱较严重,其所造成的水分亏缺对该区域油茶的苗期成活率及生长发育等影响较大。赣无系列油茶优良品种是江西省油茶新造林的主栽品种,但目前针对它们的苗期抗旱性研究较少,且缺少较为全面、系统的抗旱性研究和评价,这在一定程度上限制了油茶的科学种植。本文以4个抗旱性可能存在差异的油茶品种扦插苗为试验材料,研究了不同程度干旱胁迫下的形态、生长、耗水、光合等生理生化响应,探讨了不同油茶品种的抗旱机制;筛选了用于评价油茶抗旱性的鉴定指标,并对4个油茶品种的抗旱性进行了较为科学、全面的综合评价。本研究可为抗旱油茶品种的选育和油茶苗期的水分管理等提供理论依据。主要结果如下:(1)干旱胁迫下,4个油茶品种的株高生长量、地径生长量及干物质积累量均明显降低,除轻度干旱胁迫下兴46株高生长量、干物质积累量及无12地径生长量均较正常供水有所增加。随着干旱胁迫程度的加剧,4个油茶品种的总根长、根系干重、地上部分干重及高径比均呈减小趋势,而侧根数、根冠比及枯叶数均呈增加趋势。重度干旱胁迫下,4个油茶品种的干物质积累量均显著降低,无12和无2的总根长也显著降低,而无12侧根数显著增加。相关性分析表明,赣190和无12的干物质积累量、赣190和无2的株高生长量、无12和无2的高径比均与土壤含水量呈显著正相关关系。(2)对油茶不同品种叶片解剖结构观察发现,干旱胁迫对4个油茶品种气孔均造成了不同程度的伤害,中度和重度胁迫下叶片厚度均显著降低,尤其是重度胁迫下气孔出现下陷,表皮细胞干瘪。随着干旱胁迫程度加剧,4个油茶品种叶片上、下表皮厚度、栅栏组织和海绵组织厚度均呈减小趋势。重度干旱胁迫下,无2的气孔密度、气孔开度、气孔开张率、叶片厚度、上下表皮厚度、栅栏组织厚度和海绵组织厚度均大于其他3个油茶品种。相关性分析表明,4个油茶品种的叶片气孔开度均与土壤含水量呈显著正相关关系。(3)不同水分梯度下,4个油茶品种的耗水量、耗水速率日变化曲线均呈单峰型,且中度干旱胁迫下赣190、无12及兴46的峰值的出现提前了2h。干旱胁迫下,4个油茶品种的日耗水量和日均耗水速率均显著下降;中度、重度干旱胁迫下叶片相对含水量均显著下降。轻度、中度干旱胁迫下,兴46的日耗水量和叶片相对含水量降幅均最大;重度干旱胁迫下,赣190的日耗水量降幅最大,无12的叶片相对含水量降幅最大,而无2在干旱胁迫下的日耗水量和叶片相对含水量降幅均最小。随着干旱胁迫的加剧,4个油茶品种的叶片(碳同位素比值)δ13C值均呈增加趋势,且4个水分梯度下无2的叶片δ13C值均高于其他3个油茶品种。(4)不同水分梯度下,4个油茶品种的净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)日变化曲线均呈双峰型,除轻度干旱胁迫下赣190的Gs日变化曲线呈多峰型,以及重度干旱胁迫下无2的Gs日变化曲线由双峰型变为单峰型。干旱胁迫下,4个油茶品种的Pn最大值均显著下降,赣190、无12和无2的Pn最小值也显著下降。不同水分梯度下,赣190、无12的光合午休现象主要受非气孔因素限制,而兴46则主要受气孔因素限制;充分供水条件下,无2的光合午休现象主要受非气孔因素限制,而干旱胁迫下则由气孔和非气孔因素共同限制。相关性分析表明,无12的Gs、兴46的(胞间二氧化碳浓度)Ci与土壤含水量呈显著正相关,赣190和兴46的(气孔限制值)Ls与土壤含水量呈显著负相关。(5)干旱胁迫下,4个油茶品种叶片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、(超氧化物歧化酶)SOD活性及丙二醛含量均显著增加,赣190和无12叶片相对含水量均显著降低,而无2和兴46仅中度和重度干旱胁迫下的叶片相对含水量显著降低。干旱胁迫下,无2的叶片相对含水量降幅均最小,叶片脯氨酸含量增幅均最大,叶片可溶性糖和可溶性蛋白含量增幅均较大,叶片丙二醛含量增幅均最小。相关性分析表明,无12、无2及兴46的叶片脯氨酸含量均与土壤含水量呈显著负相关,赣190、无2及兴46的叶片SOD活性均与土壤含水量呈显著负相关。(6)干旱胁迫下,4个油茶品种叶片(脱落酸)ABA和(茉莉酸甲酯)Me JA含量均显著增加;轻度和中度干旱胁迫下兴46叶片ABA含量增幅最大,重度干旱胁迫下无12增幅最大;各干旱胁迫下无2叶片Me JA含量增幅均最大。随着干旱胁迫的加剧,赣190、无12及兴46叶片(玉米素)ZR含量均呈减小的趋势,而无2在轻度和中度干旱胁迫下叶片ZR含量明显增加。另外,干旱胁迫下无2叶片(吲哚乙酸)IAA含量均较正常供水处理有所增加。相关性分析表明,赣190、无12及兴46叶片的ZR含量均与土壤含水量呈显著正相关。(7)运用主成分分析法将与油茶抗旱相关的形态、生长、生理生化等28项指标归纳成3个主成分,累计贡献率为100%,具有很强的信息代表性。第一主成分可概括为光合参数和叶片解剖参数,第二主成分可概括为生长指标,第三主成分可概括为气孔开度和脯氨酸,对应的抗旱性鉴定指标为Pn、GS、(蒸腾速率)Tr、叶片厚度、上表皮厚度、气孔开度、气孔密度、干物质积累量、株高生长量及叶片脯氨酸含量。运用隶属函数值分析法,对4个油茶品种的抗旱性进行综合评价,抗旱性强弱顺序为无2>赣190>兴46>无12。(8)4个油茶品种的抗旱机制不同,赣190可归纳为SOD机制、气孔调节机制、光合反应机制及生长速率机制,即随着干旱胁迫的加剧,主要通过降低气孔开度、Gs及Tr减少蒸腾耗水,并通过降低Pn、株高生长量和干物质积累量减少水分的过度消耗,并通过增加抗氧化物质含量来降低渗透势,减轻超氧根阴离子对细胞的伤害,增强耐旱性。兴46可归纳为ABA机制、气孔调节机制、光合反应机制及生长速率机制,即主要通过增加内源激素ABA的含量来提高叶片的保水性,减轻干旱胁迫对细胞膜损害,并通过降低地径的生长量来减少水分的消耗。无12轻度干旱胁迫下可归纳为SOD机制,中度干旱胁迫下为可溶性蛋白机制,重度干旱胁迫下为ABA机制,以及气孔调节机制和光合反应机制。无2轻度干旱胁迫下可归纳为Me JA机制,通过增加内源激素Me JA的含量,增强植株的抗旱性;中度干旱胁迫下可归纳为SOD机制和生长速率机制,通过降低地径的生长量来减少水分的消耗;重度干旱胁迫下可归纳为SOD机制和光合反应机制,主要通过降低Gs及Tr减少蒸腾耗水。
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