兰属(Cymbidium)附生植物对水分胁迫和光照的适应机制

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兰属(Cymbidium)植物为中国传统名花,在中国栽培历史悠久。目前,以兰属植物为亲本材料育成的许多杂交品种已是国内外市场的高档花卉。兰属植物中约2/3的种类是生于树干上的附生兰。因附生环境缺少缓冲基质,附生植物对人为干扰和环境变化敏感。事实上,人类活动及环境恶化已使兰属植物种群承受着巨大的生存压力,清楚认识它们的生态适应性将有助于更好地保护利用好这些珍贵资源。水分和光照被认为是附生植物有别于地生植物的两个重要环境因素,但是这两个因素如何影响附生兰属植物的生长和生理生态适应仍不清楚。本论文以6种兰属植物作为材料,通过模拟实验,研究了其叶片光合作用和生理特性对不同光照、水分的响应,探讨兰属附生植物对光强和水分的适应性,以期为植物资源的保护和利用提供依据。  为了探究附生型兰属植物应对水分胁迫的生理机制,本实验选取了附生、兼性附生和地生三种生活型的兰属植物各2种,测定了它们在干旱前的叶片相对含水量以及处理60天后的凌晨水势(Ψpd)、压力-容积(PV)曲线、气孔导度以及荧光-光响应曲线。结果表明:三种生活型的兰属植物在干旱处理前的叶片生理特性没有明显的差异。但经过60天的干旱处理后,地生兰的Ψpd显著下降,而附生兰下降不显著,说明附生兰相比地生兰能更好地保持叶片内水分来应对水分亏缺。干旱会引起气孔导度和光合能力下降,使植物叶片吸收的光能不能被充分利用,从而产生光抑制。六种兰属植物干旱胁迫后的气孔导度和光合能力(An)均有明显下降,附生兰光合能力的下降幅度比地生兰大,但是干旱处理前后附生兰PSⅡ的实际量子效率Y(Ⅱ)均高于地生兰,非光化学淬灭系数Y(NPQ)均低于地生兰,说明附生兰在面对干旱胁迫时主要是通过加强光化学效率来保护光合机构。地生兰干旱处理后An的下降幅度比附生兰小,而干旱处理后的Y(NPQ)值比附生兰高,说明地生兰主要通过增加热耗散来进行光保护。  兰属植物的大多数种类都生长在林下,通常不能适应强光,但西藏虎头兰(C.tracyanum)却能在直射光下良好生长。为了探究附生型西藏虎头兰能够适应强光的生理机制,本论文选取了同属中地生型的墨兰(C.sinense)与其进行对照实验,测定了生长在不同光照强度下(1800μmol m-2 s-1和200μmol m-2 s-1)两种植物的叶绿素荧光参数和P700氧化还原态。结果表明,在强光下,西藏虎头兰的光系统Ⅰ和Ⅱ活性下降程度比墨兰小,而环式电子传递激发程度更高。因此环式电子传递是西藏虎头兰适应强光下的重要光保护机制,而墨兰因环式电子传递激发程度低,通过此途径来实现光保护的能力相对较弱,因此不能适应强光。由于附生环境更容易出现间歇性的直射光,西藏虎头兰这种适应强光的能力利于它充分利用附生环境中较好的光照。
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