干旱胁迫和复水对侧柏和紫穗槐幼苗生长和生理特征的影响研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:zzs0901
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土壤水分亏缺引起的干旱胁迫,不仅成为制约旱区植物物质生产、人工植被建设的主要障碍,而且影响全球生态安全和社会、经济的可持续发展。随着全球气候变化和温室效应的增加,干旱胁迫对植物生产造成的不利影响越发明显。同时,由降水造成的不同地域的土壤“干—湿”变化这一重要自然现象对木本植物不同生长阶段的生长、形态结构和生理生化代谢造成的影响尚不明确。为此,本研究以侧柏和紫穗槐2个树种幼苗为试材,针对2个树种幼苗不同的生长阶段,采用盆栽试验,以土壤相对含水量(Soil Relative Water Content)为100%的处理为对照,研究不同干旱程度(87.84%SWC、70%SWC、52.16%SWC和40%SWC)和干旱历时(15d、30d、45d和60d)对2个树种幼苗不同生长阶段生长和生理的影响,以及旱后复水条件下2个树种幼苗生长和生理的恢复特征,主要研究结果如下:1.侧柏和紫穗槐幼苗不同生长阶段在干旱胁迫和复水干扰环境下的生长响应不同,生长补偿效应总体呈现生长初期>生长中期>生长后期。在2个树种幼苗生长初期和生长中期,87.84%SWC和70%SWC处理的2树种幼苗的株高、地径、叶片和根系生长以及生物量积累总体高于52.16%SWC和40%SWC处理;在生长后期,2个树种幼苗生长参数总体低于对照水平,生长的补偿效应不显著。70%SWC处理的侧柏生长初期和87.84%SWC处理的侧柏生长中期的生物量分别达到各生长阶段4个干旱历时下各水分处理的平均生物量中的最大,较对照增加27.52%和15.32%;87.84%SWC处理的紫穗槐生长初期和生长中期的生物量分别达到4个干旱历时下各水分处理的生物量平均值中的最大,分别较对照增加25.59%和11.04%。2.随着干旱胁迫程度的加剧,侧柏和紫穗槐幼苗叶水势逐渐下降,且52.16%SWC和40%SWC处理对2个树种幼苗不同生长阶段叶水势产生了显著影响,说明2个树种幼苗不同生长阶段叶水势下降与土壤水分含量密切相关。15天干旱历时下40%SWC处理的侧柏生长初期、生长中期和生长后期以及紫穗槐生长初期和生长中期,以及30天干旱历时下40%SWC处理的紫穗槐生长后期的叶水势均下降到最低水平,分别较各自对照下降了1.46MPa、1.10MPa、1.84MPa、0.71MPa、1.12MPa和0.58MPa。复水后,随着时间延长,2个树种幼苗叶水势逐渐恢复,叶水势出现补偿效应,复水72h后2个树种幼苗不同生长阶段叶水势逐渐恢复到与对照相近水平。3.土壤水分含量对侧柏和紫穗槐幼苗不同生长阶段的光合作用产生了显著影响。随着土壤水分含量的下降,两树种幼苗通过降低净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度,调节水分利用效率来增强对干旱胁迫环境的适应能力和抵抗能力。干旱胁迫条件下,气孔因素和非气孔因素共同抑制了2个树种幼苗的光合作用,40%SWC处理的幼苗生长初期、生长中期和生长后期的净光合速率和蒸腾速率分别降到4个干旱历时下各水分处理的平均值中的最低,其中侧柏生长初期的净光合速率和蒸腾速率分别下降了61.72%和80.97%。复水后,2个树种光合参数逐渐恢复,光合生理出现补偿效应,复水72h后2个树种幼苗光合作用能力得到改善。说明2个树种光合作用对干旱胁迫有很强的敏感性和适应能力。4.干旱胁迫条件下,侧柏和紫穗槐幼苗叶片的可溶性糖和脯氨酸含量均增加,且52.16%SWC和40%SWC处理显著增加了2个种树幼苗叶片的可溶性糖和脯氨酸含量。在40%SWC的土壤水分条件下,侧柏和紫穗槐幼苗3个生长阶段的可溶性糖和脯氨酸含量在4个干旱历时下各水分处理的平均值中分别达到最大,其中紫穗槐幼苗生长后期的可溶性糖含量和生长初期的脯氨酸含量增加幅度最大,4个干旱历时下的平均值分别是对照的1.63倍和22.65倍。复水后,2个树种幼苗可溶性糖和脯氨酸含量逐渐向正常水平转变,复水72h后侧柏3个生长阶段和紫穗槐生长初期的可溶性糖含量,以及侧柏生长初期的脯氨酸含量恢复到接近对照水平。说明侧柏和紫穗槐幼苗能够通过调节渗透调节物质含量来增强对干旱胁迫环境的适应能力和抵抗能力。5.干旱胁迫与复水条件下,侧柏和紫穗槐幼苗抗氧化酶活性响应不同,变化幅度因干旱程度、干旱历时、生长阶段和树种的差异而异。随着土壤水分含量下降,2个树种幼苗叶片抗氧化酶活性和MDA含量均高于对照水平。40%SWC处理的侧柏3个生长阶段的CAT活性和生长后期的SOD活性,紫穗槐3个生长阶段的SOD和POD活性以及生长初期和生长中期的CAT活性均较52.16%SWC处理低,说明40%SWC处理下2个树种幼苗细胞膜结构和功能逐渐遭到破坏。在52.16%SWC处理,侧柏幼苗生长后期的SOD活性,紫穗槐幼苗生长初期、生长中期和生长后期的SOD和POD活性,侧柏幼苗生长初期、生长中期和生长后期的CAT活性和紫穗槐幼苗生长初期和生长中期CAT活性在4个干旱历时下各自水分处理的抗氧化酶活性平均值中均分别达到最高,其中SOD活性分别是对照的1.36、1.36、1.45和1.25倍,POD活性分别是对照的1.82、1.69和1.82倍,CAT活性分别是对照的2.18、2.26、2.68、2.84和2.52倍。复水后,侧柏和紫穗槐幼苗抗氧化酶活性及MDA含量逐渐恢复,复水72h后2个树种幼苗生长初期和生长中期的抗氧化酶活性及MDA含量总体恢复到对照水平,生长后期CAT活性和MDA含量恢复到接近对照水平,说明2个树种幼苗在干旱胁迫处理复水后具有一定程度的恢复能力。
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