南方红壤侵蚀区限制芒萁生长的土壤因子及芒萁抗旱性研究

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南方红壤区是中国第二大水土流失区,涉及范围广,侵蚀强度大,程度深,威胁着南方广大地区的环境问题并阻碍社会经济的发展。因此,南方红壤区十分迫切需要开展水土保持治理和生态恢复工作。芒萁是一种良好的水土保持植物,具有很强的生态恢复和保持水土功能,然而野外实际环境中存在限制因子限制其在土壤侵蚀和水土流失程度强烈地区的生长和蔓延。为促进南方红壤区生态恢复与重建和水土保持治理工作的进一步开展,研究限制芒萁生长的胁迫因素并分析其应答该胁迫的抗逆性能力,同时探讨植物生长调节剂对其抗逆性的促进既具有科学意义又存在实际意义。本研究以福建省长汀县河田镇朱溪小流域为研究区域,以水土保持植物芒萁为研究对象,研究限制芒萁生长的土壤因子、芒萁对土壤限制因子的胁迫的应答以及植物生长调节剂甲哌鎓对芒萁抗逆性的影响。本研究主要结果如下:(1)通过野外采样和室内化验研究分析了限制芒萁生长的主要土壤因子。研究表明:(1)微地形不同坡位土壤因子呈现出一定的变化规律,这种差异会给芒萁带来不同的影响,因此可以以微地形为背景探讨芒萁生长限制因子。(2)土壤各因子中,地下5 cm湿度、地下5 cm温度、土壤N含量、速效氮含量和土壤N/P是芒萁功能性状的重要影响因子。其中,地下5 cm湿度与芒萁功能性状关系最密切。(2)通过聚乙二醇-6000(PEG-6000)模拟干旱胁迫,分析芒萁应答干旱胁迫的抗旱机理。研究结果如下:(1)相对电导率(REC)和丙二醛(MDA)含量在胁迫后迅速上升,然而芒萁快速做出响应,控制干旱胁迫,减少对芒萁植株的危害,表现出很强的抗旱性。(2)PEG-6000模拟干旱胁迫下,芒萁叶片超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)基本保持较高活性,是清除活性氧自由基(ROS)的主要抗氧化酶。过氧化物酶(POD)活性极低,然而与各指标均具有较强相关性,因此芒萁POD酶对其抗旱性的作用不明,有待进一步研究讨论。(3)脯氨酸(Pro)对渗透势的调节作用是芒萁应答干旱胁迫最重要的机制。芒萁在30%PEG-6000浓度的胁迫下抗旱能力达到最高,然而超过这个程度其抗旱机理逐渐破坏,抗旱能力下降。(3)在野外对照样地和干旱胁迫样地施用甲哌鎓,探讨甲哌鎓对芒萁抗旱性的诱导。研究结果如下:(1)甲哌鎓施用后,芒萁N和P含量都随着甲哌鎓浓度的增加而上升,且缩小了样地间的差异,并在300 mg·L-1浓度处达到最大值后下降。上述结果表明甲哌鎓可以促进芒萁养分的积累,且300 mg·L-1浓度甲哌鎓是最适宜浓度。植物养分与抗逆性具有一定的相关性,因此芒萁养分的积累在一定程度上提高了芒萁抗旱性。(2)甲哌鎓改变了芒萁叶片的形态特征,使其更加适应缺水环境,提高了抗旱性。且300 mg·L-1浓度甲哌鎓诱导效果最好。(3)与芒萁抗旱性关系最密切的指标为Pro含量,表明Pro的合成和积累是芒萁应对干旱胁迫的最有效机制。芒萁在300mg·L-1浓度甲哌鎓的施用下抗旱性最强。本研究的主要结论如下:(1)地下5 cm湿度是限制芒萁生长的最主要土壤因子,即季节性干旱导致的干旱胁迫是限制芒萁生长蔓延的最主要因素。(2)芒萁具有很强的抗旱性,其中SOD和CAT是其清理ROS的主要抗氧化酶,能够有效降低ROS对芒萁造成的伤害;Pro在调节芒萁细胞渗透势过程中发挥着和重要的作用,Pro的积累是芒萁应对干旱胁迫的主要应答方式。当胁迫程度过高时,芒萁抗旱性下降。(3)植物生长调节剂甲哌鎓对芒萁抗旱性具有一定的诱导能力,其中300mg·L-1浓度甲哌鎓溶液诱导芒萁抗旱性效果最佳。
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