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三峡大坝运行以来,其“蓄清排洪”的调度方案造成的水位涨落形成了垂直落差达30 m的消落区。原来的陆生生态系统演变为冬水夏陆的季节性湿地生态系统。长时间反季节水淹导致消落区中原有的大部分植物逐渐消亡,三峡库区消落区生态环境受到严重影响。 库区植物处于完全水淹环境下,同时面临着低氧、低光照、低CO2的胁迫。植物可以通过转变呼吸代谢方式、伸长生长出露水面等途径抵御低氧逆境。但低光照、低CO2环境严重阻碍水下光合作用进行,植物不能正常积累碳水化合物供植物生理活动需要,对于不能出露于水面的植物来说,水淹前植物体内的碳水化合物储备和水淹过程中碳水化合物的消耗快慢与植物在完全水淹环境下的存活时间密切相关,从而决定植物能否成功度过完全水淹时期。本研究目的在于明确植物耐淹能力是否与碳水化合物的储备和消耗特点有关,从而进一步阐释耐淹植物的耐受机制。 为了明确植物耐淹能力强弱是否与碳水化合物的储备和消耗特点有关,实验选取狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthria altissima)二种不同耐淹能力植物为研究对象,实验所有处理均在黑暗环境下进行,设置完全水淹和不水淹两个处理组,30,60,90,120,150,180,210,240天八个时间水平,研究了二种植物的存活状况、生长动态和碳水化合物消耗情况。实验结果如下: (1)水淹前植物体内的碳水化合物储备为植物在水淹环境下的存活提供物质基础。茎是狗牙根和牛鞭草碳水化合物浓度最高的部位。水淹前,狗牙根和牛鞭草叶的碳水化合物浓度间无显著差异,狗牙根茎和地下部分的碳水化合物浓度都分别显著高于牛鞭草茎和地下部分的碳水化合物浓度,狗牙根整株植物的碳水化合物浓度显著高于牛鞭草。与牛鞭草相比,狗牙根较多的碳水化合物储备可以为其在水淹过程中的呼吸和生长提供更多的能量。 (2)水淹抑制植物伸长生长。狗牙根和牛鞭草不淹组植株新生叶比率和新生茎比率都显著高于水淹组新生叶比率和新生茎比率,狗牙根和牛鞭草新生组织生物量也表现为不淹组大于水淹组。水淹环境下,植物受低氧胁迫,碳水化合物的利用效率降低,可供能量减少,植株生长减弱。植株生长减弱可以减少碳水化合物的消耗,延长其在处理环境下的存活时间。 (3)碳水化合物消耗速率影响植物的耐淹能力。不淹环境下,狗牙根的碳水化合物消耗速率低于牛鞭草,表明狗牙根从遗传特性上具有消耗慢的特点。水淹环境下,与牛鞭草相比,狗牙根生长较少的新生组织及原有叶和新生组织更快地死亡导致植物投资较少的碳水化合物在长成新组织和维持原有叶与新生组织存活上,狗牙根的碳水化合物消耗速率比牛鞭草小。水淹处理结束后,狗牙根的碳水化合物浓度剩余率为48.39%,牛鞭草的碳水化合物浓度剩余率为28.43%,狗牙根较高的碳水化合物浓度剩余率可以保证植物在水淹环境下存活更长时间,进而体现出比牛鞭草更强的耐淹能力。 (4)实验处理相同时间后,狗牙根和牛鞭草水淹组的植株存活率显著高于不淹组;在同一处理中,狗牙根的植株存活率显著高于牛鞭草。水淹处理240天后,狗牙根并未出现死亡现象,狗牙根的存活率为100%,牛鞭草在水淹210天后开始死亡,水淹240天结束后,牛鞭草的存活率为96.7%。狗牙根和牛鞭草在不淹处理90天后开始出现死亡现象,牛鞭草在处理150天后,植株已全部死亡,狗牙根在不淹处理240天结束后,仍有21%的植株存活。狗牙根和牛鞭草死亡主要是因为体内可用的碳水化合物耗尽。 (5)水淹并未影响狗牙根和牛鞭草叶和茎的碳水化合物利用率且二种植物叶和茎的碳水化合物利用率相当。狗牙根和牛鞭草的耐淹能力不同主要与水淹前植物体内的碳水化合物储备和水淹过程中二种植物的碳水化合物消耗特点有关。