CO2浓度和温度对甘肃风毛菊生理特性的协同影响

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在全球气候持续变暖的环境背景下,CO2浓度不断升高以及温度持续增加越来越受到人们重视,研究CO2浓度和温度变化对植物影响的文献不断增多。其中,有研究CO2浓度与温度变化对植物光合特性的影响,也有研究CO2浓度或者温度对植物生理指标的影响。尽管近些年来相关研究持续增多,但对于长期生长在对全球气候变化最敏感的地区之一(青藏高原地区)的菊科风毛菊属植物甘肃风毛菊,在CO2浓度和温度协同作用下的响应缺少了解与相关资料。本研究以青藏高原东缘的高寒草甸特有种甘肃风毛菊为研究对象,利用CO2人工气候箱(PRX-250C-CO2,上海)模拟CO2浓度增加和温度升高来研究其对甘肃风毛菊各项生理指标的影响,有助于人们了解高寒草甸的生理特征,为科学应对未来气候变化对高寒草甸生态系统的影响和退化草地的恢复具有重要意义。对甘肃风毛菊种子及幼苗进行8个实验处理,分别记为CckT0(CK,环境温度(11℃)),CckT+2℃(CK,+2℃±0.48℃),C450T0(450μmol·mol-1,环境温度(11℃)),C450T+2℃(450μmol·mol-1,+2℃±0.48℃),C550T0(550μmol·mol-1,环境温度(11℃)),C550T+2℃(550μmol·mol-1,+2℃±0.48℃),C650T0(650μmol·mol-1,环境温度(11℃)),C650T+2℃(650μmol·mol-1,+2℃±0.48℃),其中CckT0为对照组,进行了萌发指标与生理指标的测定和分析。结果表明;(1)甘肃风毛菊种子在CO2浓度和温度协同作用下,其萌发率与萌发指数均显著升高。但当CO2浓度超过种子萌发的临界阈值时,则其萌发率与萌发指数开始下降。当温度升高2℃±0.48℃时,甘肃风毛菊的萌发率与萌发指数始终随着CO2浓度的升高而不断增大。(2)甘肃风毛菊幼苗在CO2浓度和温度协同作用下叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素的含量均呈上升趋势。当CO2浓度不断升高时,叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素的含量随之升高,但在CO2浓度升高到550μmol·mol-1时,叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量开始呈下降趋势。当温度升高时,叶绿素a、叶绿素b以及类胡萝卜素含量均呈上升趋势,且在CO2浓度升高到550μmol·mol-1时达到最大值。(3)在同一温度条件下,随着CO2浓度不断地升高,甘肃风毛菊叶片丙二醛、相对电导率、超氧阴离子自由基和游离脯氨酸含量均呈下降趋势。在不同CO2浓度梯度下,升高温度时甘肃风毛菊叶片丙二醛、相对电导率、超氧阴离子自由基和游离脯氨酸含量均比对照低。(4)与对照相比较,CO2浓度升高和提高温度,甘肃风毛菊叶片超氧化物歧化酶(SOD、POD、CAT)活性呈升高趋势,且SOD、CAT活性在CO2浓度为550μmol·mol-1和增温时达到最大值,其增加比例分别为54.9%、64.8%。(5)甘肃风毛菊幼苗在CO2浓度和温度协同作用下可溶性糖含量有不同程度增加。当温度提高且CO2浓度超过550μmol·mol-1时,可溶性糖含量开始下降。说明CO2浓度超过其临界点便会阻碍甘肃风毛菊营养物质的分配与吸收,致使含量降低。(6)甘肃风毛菊幼苗经过CO2浓度和温度协同作用后,其叶片可溶性蛋白含量在增温且CO2浓度为550μmol·mol-1处达到最大值。当CO2浓度超过550μmol·mol-1时,其蛋白质的合成遭到抑制,并且蛋白质的结构也遭到了破坏降解,可溶性蛋白质含量减少,且增温条件下可溶性蛋白质含量下降的速度明显快于对照温度,说明温度对甘肃风毛菊叶片可溶性蛋白质含量有重要的影响。从以上实验结果可以得出:与对照组相比,CO2浓度和温度升高能够明显提高甘肃风毛菊种子的萌发指标与萌发率,提高甘肃风毛菊叶片叶绿素a含量、叶绿素b含量、类胡萝卜素含量、叶绿素总量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及SOD、POD及CAT活性,并且降低MDA、相对电导率、超氧阴离子自由基和游离脯氨酸含量。当CO2浓度升高到550μmol·mol-1时,升高温度对植物的萌发指标和生理指标影响最大,在一定程度上有利于甘肃风毛菊生长。
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