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水分胁迫是陆生植物经常遇到的、因受到不良环境条件的影响而发生水分亏缺的现象。造成水分胁迫的环境条件有干旱、盐碱、低温(冷害)。植物对水分胁迫的响应包含着极其复杂的生理生化变化,揭示这些问题是当前植物科学研究的热点之一。
本文以喀斯特植物为研究对象。喀斯特地区土层薄、保水能力差,植被生长环境相对干旱,因此,影响植物生长的一个重要环境因子是水分。本文以喀斯特地区不同适应类型的典型喀斯特物种为对象,研究比较它们在水分胁迫条件下可能出现的不同生理生态响应特点。本研究通过一些生理指标例如光合速率、荧光参数、色素含量等的变化,来了解喀斯特植物的抗旱特性,并对指标进行比较和分析,期望以此作为喀斯特地区植被恢复的树种选择依据,为喀斯特地区的生态环境改善和进一步研究喀斯特植物对水分胁迫的响应的特殊生理生态特性奠定基础。本论文由以下实验内容组成,研究结果如下:
1、通过对粤北石灰岩山区五种物种红背叶(Alchornea trewioides)、石上莲(Oreocharis benthamii var. reticulata)、桂花(Osmanthus fragrans)、石山棕(Guihaiaargyrata)、菝葜(Smilax china)进行离体叶片自然脱水过程中的叶绿素a荧光分析表明,各物种忍耐水分胁迫的方式存在很大差异,其中石棕和菝葜的叶片耐水分胁迫能力最强,其次是桂花、石上莲,而红背叶的耐胁迫能力最差,因为它是采取落叶的方式来避免水分的损失。虽然这五个物种的叶片抵抗干旱的能力存在差异,但都能以各自不同的形态与生活型特征和其它的方式来适应干旱的喀斯特生境。例如红背叶和石上莲的离体叶片对脱水胁迫最为敏感,而石山棕和菝葜的敏感程度最轻,桂花居中。
2、荧光光响应及PEG模拟水分胁迫实验选取了广西桂林雁山附近典型石山生境中五种喀斯特植物翅荚香槐(Cladrastis platycarpa)、大盔风仙(Impatiens macrovexilla)、红背叶(Alchorneatrewioides)、牛耳朵(Chirita eburnea)和青冈栎(Quercus glauca)为实验对象,进行了不同作用光强以及聚乙二醇(PEG)模拟干旱胁迫下的叶绿素荧光测定。实验表明这五种喀斯特适应类型的植物在自然条件下的光能转化与耗散能力没有太大的差别。PEG模拟水分胁迫实验得出,牛耳朵和青冈栎的叶片耐干旱能力最强,红背叶在水分胁迫严重时会落叶,因此抗旱性最弱,而翅荚香槐、大盔凤仙抗旱性居中。它们对干旱喀斯特生境的适应性可能与具有各自不同的形态特征和生长策略相关。
3、常绿与落叶喀斯特植物的水分胁迫控制实验以从粤北石灰岩地区采回的典型常绿树种桂花(Osmanthus fragrans)和落叶树种红背叶(Alchornea trewioides)为实验对象,进行人工模拟水分胁迫实验。通过干旱-复水过程中一系列生理指标的变化分析得出,在相同的胁迫时间和胁迫程度下,桂花由于是常绿植物具有全年生长的叶片,必须维持这些叶片稳定的生理生态特性,因而胁迫解除后容易恢复其正常生长。而红背叶对水分胁迫响应则很敏感,遭到严重胁迫后光合机构的破坏程度较深,并且发生落叶现象,因此光合功能的恢复很慢。
综合分析以上多种生态适应类型植物的抗旱特性,可以把这些物种大致分为以下几类:
1)石山棕、菝葜、牛耳朵和青冈栎:它们的叶片对水分胁迫不敏感,抗旱能力很强,能保持比较稳定的光合能力;
2)红背叶和石上莲:具有落叶特性的叶片对水分亏缺响应很敏感,受到水分胁迫时,生理生态特征变化比较明显;
3)桂花、翅荚香槐和大盔凤仙:对水分胁迫的敏感程度居中,受到水分胁迫时开始反应不敏感,超过承受能力后才开始做出反应。
因此,这几种类型的喀斯特植物具有各自不同的抵抗干旱的内部机制。