杨树苗木光合作用对土壤酚酸胁迫的响应

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杨树是我国营造防护林、用材林和四旁绿化等常用的重要树种,多代连作和短轮伐期栽培经营模式,在我国多个地区被广泛应用。已有研究表明,多代连作会对杨树林分生产力、根系生长发育和土壤理化性能等产生明显的不利影响,其原因与土壤中酚酸类化感物质的累积有密切的关系,而土壤酚酸类物质对杨树生长发育生理过程,尤其是光合生理过程的影响,仍需开展进一步的深入研究。在山东农业大学林学试验站,以欧美杨107(Populus×euramericana‘Neva’)盆栽1年生苗木为试材,以第二代杨树人工林根际土壤中的酚酸含量X为参考,在6种土壤酚酸浓度(0.5X、1.0X、1.5X、2.0X、2.5X、3.0X)和对照(0X)处理下,测定杨树叶片光合光响应参数、叶绿素荧光参数、叶绿素含量、抗氧化酶活性以及植株生物量的变化。主要目的:探讨杨树光合作用对土壤酚酸胁迫的响应特征与机制,以期为进一步深入认识连作对杨树光合作用效率与生产力的影响提供参考。主要结果:(1)土壤酚酸胁迫对杨树光合作用效率参数的影响。随土壤酚酸浓度增加,杨树叶片光合作用受到的抑制程度逐渐增大。酚酸浓度超过2.0X时,抑制作用显著加剧,表现为叶片Pn、Pnmax、Φ、PSII的Fv/Fm和ФPSII以及LUE和WUE等光合效率参数显著降低,光合作用在高光强下出现明显的光抑制。(2)土壤酚酸胁迫限制杨树光合作用的主要原因。随土壤酚酸浓度增加,限制杨树光合作用的主要原因发生一定变化。低浓度(不超过1.5X)时限制的主要原因为气孔因素,即叶片气孔开度减小导致光合机构CO2供应受阻,同时PSII反应中心暂时失活;较高浓度(超过1.5X)时主要原因转变为非气孔因素,即光合机构已经受到损伤,PSII吸收和传递的光能减少,电子在传递中受阻,光反应活性降低。(3)杨树光合作用适应土壤酚酸胁迫的生理策略。杨树光合作用对土壤酚酸胁迫有一定抵抗能力和保护机制。酚酸浓度增大时,PSII能通过增加热耗散释放过剩的光能,免受或减轻光合机构所遭受强光的破坏;低浓度(不超过1.5X)酚酸时,叶片抗氧化酶(POD和SOD)活性及活性氧清除能力增强,保护光合机构减轻活性氧的伤害,而高浓度(超过1.5X)时,叶片抗氧化活性下降或遭受破坏。(4)杨树植株生长对土壤酚酸胁迫的形态适应策略。杨树生长对土壤酚酸胁迫有一定的形态适应性。酚酸浓度加大,苗木总生物量和叶生物量降低,生长受到明显抑制;但植株根冠比(RSR)明显增大,这有利于维持根系吸收和供应土壤养分能力,增强杨树生长对土壤酚酸胁迫的抵抗能力。总结上述:土壤酚酸浓度增大对杨树光合作用抑制程度增大,浓度超过1.5X时,抑制的主要原因由气孔因素转变为非气孔因素,光化学反应和抗氧化酶活性降低。杨树对土壤酚酸胁迫有一定的生理和生长适应策略,酚酸浓度增加,杨树可通过增加热耗散对光合机构实施光保护,可增大植株根冠比提高对酚酸胁迫的抵抗能力。
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