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钙是植物生长所必需的矿质元素,在植物体内有多种存在形式,参与多种生命活动,在植物抵抗环境胁迫中起重要作用。然而,逆境中植物钙晶体是多还是少?外源钙是否引发植物钙组分的转化?为了解决这些问题,本文对干旱和盐渍化逆境中80种植物的钙晶体进行了普查,测定了腾格里沙漠干旱生境中主要优势植物的钙组分,测定了盐分胁迫实验条件下施加外源钙(施氯化钙和加设钙积层)时垂柳幼苗体内的钙组分及生理指标,探讨了逆境植物的钙晶体特征,重点讨论了盐分胁迫下垂柳对施氯化钙和加设钙积层的生理响应。
1.对干旱和盐渍化生境中80种植物体内钙晶体镜检结果表明,逆境中植物钙晶体主要是草酸钙晶体,且抗逆性越强的植物体内草酸钙晶体越多。在腾格里沙漠的干旱生境,25种乔、灌、草本植物中,有10种植物叶中未见钙晶体,有3种可见少量钙晶体,12种植物钙晶体较多,这些钙晶体均由草酸钙形成。分析表明,演替中后期植物,即耐旱的灌木和半灌木体内含有较多的草酸钙晶体,而多年生草本植物体内钙晶体含量较少但富含钙离子。在南开大学校园的盐渍化生境,55种乔、灌木中,有16个种没有镜检到钙晶体,有39种植物组织中均镜检到较多的钙晶体,这些钙晶体除桑科的无花果中观察到由碳酸钙形成钟乳体外,其余均由草酸钙形成,其中,有26种植物观察到方晶,有19种植物观察到簇晶,有20种植物存在晶鞘纤维,仅在木犀科白蜡属的洋白蜡中观察到柱晶。本研究结果表明,干旱和盐分逆境促使植物体内形成更多的草酸钙。可见,植物体内大量草酸钙晶体的形成是植物对逆境的一种生理适应机制。
2.垂柳插条幼苗三因素盆栽正交实验(土壤氯化钙、氯化钠和含水量)和两因素盆栽随机区组实验(土壤氯化钙和氯化钠)结果表明,在土壤氯化钙和氯化钠胁迫下,土壤氯化钙对水溶性钙(WSC)、醋酸溶性钙(AASC)、盐酸溶性钙(HASC)以及丙二醛(MDA)、可溶性糖和叶绿素b/a(chlb/a)都有显著影响,而土壤氯化钠的影响较小。随着土壤氯化钙含量的升高,叶WSC、 AASC、 MDA含量和ch1 b/a都显著增大。叶WSC与叶可溶性糖、MDA和ch1 b/a之间存在显著的二次函数(a<0)回归关系,叶AASC与叶可溶性糖之间存在极显著二次函数(a>0)关系,与MDA间存在极显著幂函数关系。由此可以推知,在盐分胁迫下,外源钙能够显著影响生理活性钙WSC和AASC来缓解盐胁迫。
3.垂柳插条幼苗三因素盆栽正交试验(底部钙积层厚度、上部钙积层厚度和模拟地下水矿化度)结果表明,在高矿化度地下水的作用下,底部钙积层对HASC影响最大,高矿化度地下水对WSC、 AASC和垂柳叶含水量影响最大,而上部钙积层对垂柳叶组织钙组分和含水量的影响相对较小。随地下水矿化度的上升,AASC成显著上升趋势,WSC先下降后上升。随着底部钙积层厚度的增加,钙组分含量均呈下降趋势,AASC显著下降。钙组分中HASC含量的降低意味着垂柳体内草酸钙晶体形成减少,反过来讲,就钙组分而言,垂柳需要依赖生理活性钙(WSC和AASC)来抵御盐分胁迫。所以,在高矿化度地下水胁迫下,底部钙积层能够增强垂柳的生理代谢功能来缓解盐胁迫,进而提高其耐盐性,这也证明了生理活性钙在垂柳抵御盐分胁迫中的重要作用。
综上所述,植物体内钙的形式和转化是植物适应环境的结果,大量草酸钙晶体的形成是植物对逆境的一种生理适应机制。通过施加外源钙能够改变植物体内钙的形式和转化,重新调节植物体内的钙组分特征,进而达到提高植物耐盐性的目的。本研究为探索钙组分在植物生理代谢中的功能提供了一定的基础,也为滨海地区盐碱地造林提供了一定的理论指导。