马尾松光合产物的分配特征及其受干旱和遮荫的影响

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alexzhujun
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植物的光合作用和光合产物分配是决定植株生长的两大主要因素。环境条件的改变不仅影响光合作用,还改变光合产物的分配格局,从而影响林木生产力的形成。马尾松是我国主要的人工林树种,分布面积广,但生产力水平低。关于马尾松林生产力的科学研究很多,但缺乏对马尾松光合产物形成、分配和积累过程的系统研究。本文以马尾松幼苗为对象,连续监测马尾松幼苗净光合速率的日变化规律,结合13C同位素脉冲标记技术,探究了光合产物在马尾松植株中的运移与分配特征。研究设置了干旱、遮荫及二者的交互处理3种胁迫环境,分析了干旱和遮荫条件对马尾松的针叶性状、光合色素含量、气体交换参数以及植株的生长和NSC含量、近期合成光合产物的运移和分配特征的影响。初步揭示了干旱和遮荫对马尾松幼苗生产力形成过程的影响,及马尾松幼苗在干旱和遮荫环境中的适应策略。主要研究结果如下:1)晴朗天气,马尾松幼苗植株净光合速率的日变化呈“双峰”曲线,具有明显的“午休”现象。阴天或多云天,净光合速率的日变化呈不规则“锯齿状”的变化趋势。上午植株净光合速率的平均值大于下午。在上午和下午,随光合有效辐射、温度、湿度和空气中CO2浓度的增加,马尾松植株的净光合速率均呈先增后减的变化趋势,但上午植株的净光合速率对环境变化的敏感程度大于下午。2)自然条件下,1.5年生马尾松幼苗中,新合成的光合产物在植株中的运移速率大于0.1 m/h,且向各库器官的运输量随着时间的延长逐渐减少,具体表现为在标记结束后0-24 h之内最多(59%以上标记的光合产物从源叶中完成输出),24-216 h逐渐减少,216h之后运输完成。光合产物运输趋于稳定后,在各器官的分配大小依次为1年生叶>当年生叶>根>茎干>1年生枝>当年生枝,与各器官库容量的大小基本一致。下午合成的光合产物在植株中的运移速率高于上午,但上午和下午合成的光合产物在植株中的分配规律最终一致。3)在干旱处理下,马尾松植株的针叶长度和比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和细胞间隙CO2浓度显著降低,水分利用效率显著增加,光合色素含量基本不变。在遮荫处理下,植株的针叶长度和比叶面积增大,净光合速率、蒸腾速率、气孔导度显著降低,光合色素含量显著增加,水分利用效率和细胞间隙CO2浓度基本未发生改变。二者的交互处理下,针叶长度、比叶面积减小,净光合速率、蒸腾速率和气孔导度显著降低,且降低程度大于干旱单一处理,光合色素含量显著增加,但其增加程度小于遮荫单一处理。4)干旱、遮荫均显著减少了植株的基径和株高增长量及生物量,而NSC的浓度在两种胁迫环境下的变化存在差异,在干旱处理下增加,在遮荫处理下减小。在二者的交互处理下,植株生长相较于干旱和遮荫单一处理显著减小,而NSC的浓度基本未发生变化。干旱、遮荫和二者的交互处理对各器官中NSC分配的影响较大,干旱使根中NSC的分配比增加了5.4%,遮荫使叶中NSC的分配比增加了3.7%,二者的交互处理使根中NSC的分配比增加了5.1%,使叶中的分配比减小了5.4%。5)遮荫和干旱与遮荫的交互处理均减慢了光合产物在马尾松植株中的运移速率,却未能发现干旱对植株光合产物的运移速率的影响。三种胁迫处理不仅减缓了13CO2从土壤呼吸中的释放速率,还减小了13CO2从土壤呼吸中的释放量,与对照相比,干旱、遮荫和二者的交互处理使土壤呼吸释放13CO2的总量分别减少了0.7 mg/株、1.94 mg/株和2.74mg/株。标记期间固定的13C在植株、土壤呼吸和其它部分(土壤保留+植株呼吸)的分配比例分别为36.67%、7.87%和55.46%,而三种胁迫处理改变了这种分配格局。其中,干旱使13C从土壤呼吸中的释放比增加了1.32%,而遮荫和二者的交互处理使植株中保留的13C分别增加了21.38%和7.86%。6)干旱、遮荫和二者的交互处理均改变了近期合成光合产物在植株各器官的分配比。随标记结束时间的延长,干旱使近期合成的光合产物在源叶中的分配比呈减小-增加的趋势,使根中的分配比呈增加-减小的趋势。遮荫使近期合成的光合产物在源叶中的分配比增加,使根中的分配比先减小后增加。在二者的交互处理下近期合成光合产物在源叶中的分配比与遮荫处理一致,在根中的变化与干旱处理一致。较对照相比,干旱、遮荫和二者的交互处理分别减少了近期合成光合产物在茎干中的分配比(其分配比分别减少了8.56%、12.25%和14.42%),限制了茎干增长时所需能量的供应。综上,在马尾松幼苗中,光合产物合成后在植株中的分配主要受各器官的库容量影响,且光合产物集中在功能器官(叶和根)进行分配,这有助于植株在幼苗阶段的生长。马尾松的光合产物合成能力和运输速率存在一定的日变化差异,但这种短暂的差异基本不影响光合产物在各器官中分配。干旱和遮荫抑制了马尾松植株的生长,限制了光合产物的合成,但在干旱胁迫下马尾松生长的抑制并未受到碳供应不足的影响,而在遮荫环境中则受到碳供应不足的影响。为适应胁迫环境,马尾松植株增大了近期合成的光合产物和NSC向对应功能部位(叶和根)中的分配,减小了向茎干生长部位的分配,限制了植株茎干的增粗和增高生长,进而影响马尾松木材的增长,且干旱和遮荫的交互作用进一步加重了对马尾松生长的影响。
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