赤皮青冈幼苗对干旱胁迫的响应与适应

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赤皮青冈(Cyclobalanopsis gilva)是壳斗科(Fagaceae)青冈属的常绿阔叶乔木,木材硬度高、密度大、纹理美观,是兼具观赏、绿化与用材等功能为一体的名贵硬木乡土树种。在赤皮青冈天然分布区域内,频繁的季节性干旱影响了赤皮青冈幼林的更新,再加上人为干扰,赤皮青冈成片天然林变得稀少。针对这一现状,本研究以浙江庆元、湖南洞口和湖南靖州3个地理种源的赤皮青冈土培盆栽一年生实生幼苗为试验材料,采用称重法控制土壤含水量,研究了不同程度的干旱胁迫对赤皮青冈幼苗形态结构、生理生化特性、生长及生物量分配的影响,并对不同种源的抗旱能力进行了综合评价,旨在揭示赤皮青冈幼苗对干旱胁迫的适应能力、适应机理及种源间的差异,建立赤皮青冈幼苗抗旱评价体系为其资源选育和栽培管理提供理论依据。本研究的主要结果如下:(1)赤皮青冈幼苗叶片的解剖结构及叶绿体超微结构对干旱胁迫产生了明显的响应。受干旱胁迫,3个种源赤皮青冈幼苗叶片的总厚度和上、下表皮厚度显著降低(P<0.05),栅栏组织的变化因种源而异:浙江庆元和湖南靖州种源的栅栏组织厚度显著降低(P<0.05),而湖南洞口种源无显著变化。随着干旱胁迫程度的增强,3个种源赤皮青冈叶下表皮呈现气孔变小、气孔密度增大的趋势;叶绿体发生膨胀变形,基粒片层排列紊乱,结构被破坏,大部分淀粉粒降解并发生融合,边缘模糊不清。3个种源中,湖南洞口种源叶片总厚度、栅栏组织以及上、下表皮厚度变化最小,气孔密度最大,而气孔最小,叶绿体超微结构受破坏程度最小。(2)赤皮青冈幼苗组织通过增加束缚水分含量、渗透调节物质含量,调节保护酶活性及内源激素含量以适应干旱胁迫。随着干旱胁迫程度的加强,3个种源赤皮青冈幼苗的束缚水含量和束缚水/自由水比值显著升高(P<0.05),可溶性糖和脯氨酸含量显著增加(P<0.05),过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性随着干旱程度增加而上升,中度干旱时达到最大值,重度干旱时,酶活性降低,相比而言,湖南洞口赤皮青冈在各干旱处理下始终保持较高的POD和CAT酶活性,并在中度干旱时达到差异显著水平(P<0.05)。干旱处理还显著降低了3个种源赤皮青冈幼苗叶片的吲哚乙酸、赤霉素、油菜素内酯和玉米素含量,而使脱落酸和茉莉酸甲酯含量显著增加(P<0.05)。(3)赤皮青冈幼苗的光合生理过程和关键指标也对干旱胁迫产生了显著的响应。3个种源赤皮青冈幼苗的叶绿素a、叶绿素b含量和叶绿素a/b值在干旱胁迫下均显著降低(P<0.05);干旱胁迫还导致赤皮青冈幼苗的诤光合速率、蒸腾速率和气孑L导度下降,重度干旱时,3个供试种源中,湖南洞口种源的净光合速率相比对照降低的幅度最低,为28.47%(淅江庆元和湖南靖州种源分别为36.63%和31.82%),并且差异显著(P<0.05)。不同干旱胁迫下,3个种源赤皮青冈幼苗的光响应曲线变化趋势基本一致:光合有效辐射较低(PAR<200 umol·m-2·s-1)时净光合速率迅速增加,达到一定的光合有效辐射后,净光合速率增幅渐趋平缓。(4)赤皮青冈幼苗的株高生长、地径生长、生物量分配等对干旱胁迫产生了明显的响应。3个种源赤皮青冈幼苗的株高和地径生长量、总生物量增量随干旱胁迫程度的增强呈下降的趋势,而根部生物量增量占总生物量增量的百分比逐渐升高。与对照相比,重度干旱胁迫下浙江庆元、湖南洞口和湖南靖州种源根部生物量增量占总生物量增量的百分比分别上升了11.74%、17.50%和13.49%。(5)运用主成分分析和隶属函数法对3个种源赤皮青冈幼苗的抗旱能力进行综合评价,结果是湖南洞口、湖南靖州和浙江庆元种源的综合评价值分别为0.721、0.582和0.479,由此判断3个种源赤皮青冈幼苗抗旱能力由强到弱的顺序为:湖南洞口>湖南靖州>浙江庆元。基于主成分分析结果,运用逐步回归法,建立了青冈属树种抗旱性评价的数学模型:Y=2.407+1.964X1-9.281X2-0.107X4-1.098X5+0.014X7(X1,POD酶活性;X2,束缚水/自由水比值;X4,脯氨酸含量;X5,净光合速率;X7,吲哚乙酸含量;R2=0.952)。
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