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为了阐明喜钙植物对喀斯特生境--高钙、干旱、营养元素亏缺的适应,本文选取喀斯特森林喜钙树种--云贵鹅耳枥(Carpinus pubescens)和嫌钙树种--油茶(Camellia otelfera Abel.)的一年生幼苗为研究对象。通过细胞化学法,比较高钙、干旱处理下细胞内钙离子定位变化;通过生理生化法,探讨高钙对氮代谢酶、磷代谢酶活性的影响。其结果如下:
1.1)0.5mmol/L Ca2+处理4h,显示Ca2+定位的焦锑酸钙沉淀物在云贵鹅耳枥和油茶叶片细胞内细胞器中没有出现;处理时间延长至48h,云贵鹅耳枥叶片细胞内细胞壁上有沉淀颗粒出现,油茶细胞内未出现沉淀颗粒,但细胞内细胞器受到破坏。2)5mmol/L Ca2+处理lh,云贵鹅耳枥叶片细胞内液泡和细胞核中出现沉淀颗粒;处理时闻延长至4h,云贵鹅耳枥叶片细胞内细胞质和质膜上出现沉淀颗粒,而油茶则未出现沉淀颗粒,但细胞内细胞器受到破坏;处理时间延长至48h,云贵鹅耳枥叶片细胞内细胞壁上出现沉淀颗粒,细胞质和质膜未出现沉淀颗粒,而油茶则在质膜上出现沉淀颗粒,同时,细胞内细胞器受到破坏。3)30mmol/L Ca2+处理4h,云贵鹅耳枥叶片细胞内细胞质中有沉淀颗粒出现,数量较多,质膜上也有沉淀颗粒出现,但数量不多;而油茶则未出现沉淀颗粒,但细胞内细胞器受到破坏;处理时间延长至48h,云贵鹅耳枥叶片细胞内细胞质中有沉淀颗粒出现,数量减少,质膜上也有沉淀颗粒出现,数量增多;而油茶质膜上出现沉淀颗粒,但细胞内亚细胞器受到破坏。推测这一变化可能是质膜上Ca2+-ATPase活性不同的结果,这可能是喜钙植物适应喀斯特高钙环境的机理之一。
2.正常生长的云贵鹅耳枥和油茶叶片细胞内未出现沉淀颗粒。5%PEG-6000溶液处理4h,云贵鹅耳枥叶片细胞内末出现沉淀颗粒,而油茶叶片细胞内质膜上有大量沉淀颗粒出现。30%PEG-6000溶液处理4h,云贵鹅耳枥叶片细胞内未出现沉淀颗粒,而油茶叶片细胞内质膜上出现沉淀颗粒,且数量较多。5%PEG-6000溶液处理48h,云贵鹅耳枥叶片细胞内未出现沉淀颗粒,而油茶叶片细胞内质膜上有大量的沉淀颗粒出现。30%PEGr.6000溶液处理48h,云贵鹅耳枥和油茶叶片细胞壁外出现沉淀颗粒。推测这一变化可能是质膜上Ca2+-ATPasc活性不同的结果,这可能是喜钙植物适应喀斯特干旱环境的机理之一。
3.1)随着营养液中氮浓度降低,两种植物幼苗叶片谷氨酸合酶活性逐渐降低,加入30mmol/L Ca2+处理后,云贵鹅耳枥幼苗叶片谷氨酸合酶活性升高,而油茶幼苗叶片谷氨酸合酶活性降低。2)随着营养液中氮浓度降低,两种植物幼苗叶片谷氨酰胺合成酶活性逐渐降低,加入30mmol/L Ca2+处理后,两种植物幼苗叶片谷胺酰胺合成酶活性升高。3)随着营养液中氮浓度降低,云贵鹅耳枥幼苗叶片谷氨酸脱氢酶活性呈现先升高后降低的趋势,而油茶其酶活性下降,加入30mmol/L Ca2+处理后,营养液中含有外源氮时,两种植物幼苗叶片谷氨酸脱氢酶活性都下降,营养液中不含外源氮时,两种植物幼苗叶片其酶活性都升高。4)随着营养液中氮浓度降低,两种植物幼苗叶片天冬酰胺酶活性呈现先下降再上升的趋势,加入30mmol/L ca2+处理后,两种植物幼苗叶片其酶活性变化都不显著。结果表明,高Ca2+能提高云贵鹅耳枥幼苗谷氨酸合酶活性,提高氮的同化速率,从而适应喀斯特低氮环境。
4.1)随着营养液中磷浓度降低,两种植物幼苗叶片酸性磷酸酶活性逐渐升高,加入30mmol/L Ca2+处理后,两种植物幼苗根系酸性磷酸酶活性降低。2)随着营养液中磷浓度降低,两种植物幼苗根系分泌性酸性磷酸酶活性逐渐升高,加入30mmol/L Ca2+处理后,两种植物幼苗根系分泌性酸性磷酸酶活性降低。3)随着营养液中磷浓度降低,云贵鹅耳枥幼苗根系中磷含量呈先降低再升高的趋势,而油茶根系中磷含量逐渐降低,加入30mmol/L.Ca2+处理后,云贵鹅耳枥幼苗根系根系中磷含量略升高,而油茶幼苗根系中磷含量显著下降。结果表明,高Ca2+能加速云贵鹅耳枥幼苗对磷的吸收,从而适应喀斯特低磷环境。综上所述,喜钙植物和嫌钙植物相比,细胞内Ca2+定位有较大的差别,同时,高Ca2+对营养元素亏缺的作用也不同,这是喜钙植物长期适应喀斯特环境的结果。