中山杉耐淹机理研究

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hy1208
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为了研究中山杉在三峡库区消落带内的适应性以及耐淹性,于2014年3月对栽植在重庆万州瀼渡消落带内的中山杉(Taxodium Zhongshansa)的保存率与生长状况进行了调查。结果表明:中山杉在163-174m高程(水淹时间为168天-41天)的消落带范围内平均保存率为98.1%,在168m高程(水淹时间小于118天)以上的消落带内中山杉保存率均为100%,在168m高程(水淹时间大于118天)以下的消落带内存在几株死亡的中山杉。中山杉在各高程范围内的平均树高均超过3.5m,水淹对中山杉高生长没有显著性影响。中山杉在各高程范围内的平均胸径均超过4cm,水淹对胸径生长具有显著性影响。中山杉的最大树高随高程的降低总体呈增加趋势,而最小树高总体呈减小趋势,可见水淹深度越大、水淹时间越长,中山杉个体间所表现出的对水淹的适应性差异越大。中山杉能较好的适应三峡库区消落带“冬水夏陆”的特殊环境。为了探究中山杉的耐淹机理,以中山杉“118”[(Taxodium. distichum×Taxodium. mucronatum)×Taxodium. mucronatum]幼苗为研究对象,在实验室内开展了生长季93天以及非生长季125天的水淹试验,对不同水淹处理(对照、水浸、浅淹、深淹)的中山杉叶片和根系的抗氧化酶活性[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)]、非酶抗氧化剂(脯氨酸、谷胱甘肽、抗坏血酸)含量、无氧呼吸酶活性[丙酮酸脱羧酶(PDC)、乙醇脱氢酶(ADH)、乳酸脱氢酶(LDH)]、淀粉及可溶性糖含量、生长状况以及根系活力进行了测定,并在生长季利用LI-6400光合仪测定了中山杉的净光合速率、光响应曲线以及CO2响应曲线,从能量消耗、能量产生以及抗氧化防御等方面初步探索了中山杉的耐淹性。结果如下:1)浅淹与深淹处理导致中山杉叶片的净光合速率(PN)显著下降,水浸处理的PN在四种不同水淹处理组达到最大,光饱和点(LSP)、最大羧化速率(Vcmax)、最大电子传递速率(Jmax)及磷酸丙糖利用率(TPU)与PN具有相似规律。可见水浸处理有助于提高中山杉叶片的光合能力,而浅淹与深淹均抑制了中山杉的光合能力。2)在生长季水淹过程中,中山杉叶片、根系中的三种抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD)均随水淹深度的增加显著增加,非生长季叶片与根系中CAT及POD活性同样随水淹深度增加显著增加,而SOD活性则呈现出相反趋势。生长季四种不同水淹处理的中山杉根系中三种抗氧化酶活性均低于叶片,非生长季水淹处理的CAT与POD活性与生长季水淹具相似规律,而SOD活性与生长季相反。生长季水淹及非生长季水淹均使中山杉内部发生氧化应激,且叶片氧化应激程度高于根系,中山杉具有高效的抗氧化防御体系,能够维持ROS的动态平衡。但生长季水淹与非生长季水淹处理后中山杉内部产生的活性氧(ROS)种类和数量不同,与非生长季相比,生长季水淹后中山杉内部的抗氧化防御更为复杂。3)长期水淹使中山杉叶片与根系中3种无氧呼吸酶(PDC、ADH、LDH)活性显著增加。生长季水淹处理的中山杉根系无氧呼吸酶活性均高于非生长季,而生长季水淹处理的叶片无氧呼吸酶活性则稍低于非生长季。同时中山杉在经受生长季水淹以及非生长季水淹后,ADH活性均显著高于LDH活性。可见,中山杉在经受生长季与非生长季水淹后均是通过加强以酒精发酵为主的无氧呼吸适应长期水淹环境,且生长季水淹的中山杉无氧呼吸强度高于非生长季。4)不同水淹处理后中山杉根系、叶片中淀粉及可溶性糖含量均随水淹深度的增加显著增加,且根系中淀粉、总糖含量远高于叶片;生长季水淹的中山杉根系中淀粉、可溶性糖含量均高于非生长季。可见生长季水淹胁迫没有显著影响光合产物向地下部分运输。不论是生长季水淹还是非生长季水淹,中山杉均出现糖类积累,中山杉根系淀粉含量高是其能够忍受长期水淹的重要原因。5)生长季水淹显著抑制了中山杉地上部分和地下部分的生长,但非生长季并没有明显抑制中山杉株高和地径的生长。同时由于生长季水淹与非生长季水淹均导致中山杉体内出现糖类积累,由此推断中山杉在不同季节适应水淹的策略均为忍耐型。6)生长季经受水淹处理的中山杉根茎连接处长出气生根,且茎基部膨大,同时中山杉根系外壁木质化能将根系与外部水淹环境隔离,这保证了中山杉具有很强的耐淹性,可作为湿地生态修复、消落带生物治理的优良植物材料。
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