厚荚相思的耐寒性差异机理研究及不同家系耐寒性的评价

摘要

厚荚相思(Acacia crassicarpa)是一个多功能树种，它速生丰产，适应性强，耐干旱瘠薄；具根瘤，能进行固氮作用，在改良土壤结构和保持肥力等方面也具有重要的生态效益。厚荚相思喜湿热气候，低温寒害成为了限制其推广种植的重要因子。本研究通过田间寒害调查确定的耐寒与敏感两种类型家系，并以其中的12个家系为试验材料，探讨低温胁迫对厚荚相思幼苗叶状柄的生理、生化特征以及组织解剖结构特征的影响，并分析各项指标在家系间的差异，系统研究了厚荚相思的耐寒性差异机理，建立适合厚荚相思家系的耐寒性综合评价体系，并对供试家系的耐寒性作出综合评估，为今后的厚荚相思家系耐寒性早期评价提供科学的理论参考。本研究的主要结果如下：
　　 1.厚荚相思子代测定林分遭受寒害作用，两试点受害程度不同，家系间的耐寒表现也不同，大塘试点内林分受害严重，钦州试点林分受害较轻。综合两试点各家系的寒害指数排名结果，其中10、11、26、34、35、41、43号家系田间表现出高度耐寒性，而25、33、37、39、40号家系表现出对低温寒害的高度敏感性。
　　 2.在人工梯度降温过程中细胞膜透性增大，表现为相对电导率升高。经0℃处理后，相对电导率呈大幅上升，家系间的差异明显，在58.29％～86.50％，35、37号家系的相对电导率较低，而25、26、41号家系则高达80％以上。12个参试家系的低温半致死温度(LT50)介于0.49～5.18℃，37号家系最低，25、41号家系最高。
　　 3.参试家系经低温胁迫处理后其保护酶活性水平增强，呈先升后降的动态变化过程，不同家系酶活性对低温的响应程度有所差别，在6～3℃范围内达到活性的峰值水平。经0℃处理后，各家系CAT活性高于CK，家系间的变化范围在9.943～34.182u·g-1·min-1，其中25、26、34、41号家系的CAT活性相对较高，达30u·g-1·min-1以上，而10、33、39、40号家系低于20u·g-1·min-1。SOD活性在家系间的差异介于194.482～389.489u·g-1，其中26、33、39、40号的活性相对于CK时减弱，其余家系则维持高于CK时的活性水平。34号家系活性最高，40号最低。
　　 4.经低温胁迫处理后参试家系的渗透调节物质含量增加，呈先升后降的动态变化趋势，不同家系在降温过程的含量变化程度有所不同，在6～3℃降温阶段达到含量的峰值。经0℃处理，家系间的可溶性糖含量在6.904～15.629mg·g-1，除11、39、40号的含量低于CK时的水平，其余家系含量略高于CK，25号家系含量最高，39号最低。可溶性蛋白质含量经胁迫处理后，家系间含量的变动范围在0.639～1.024mg·g-1，大部分家系含量高于CK时的水平，其中35号最高，33号最低。经胁迫后参试家系的游离脯氨酸含量介于21.405～52.278μg·g-1，均明显高于CK，其中35号最高，40号最低。
　　 5.低温胁迫处理后参试家系的MDA含量大幅上升，呈“升-降-升”的波动性变化过程。经0℃处理，各家系含量介于7.222～13.672μmol·g-1，10、34号家系的MDA含量显著低于其他家系，而40、41号家系含量最高。
　　 6.参试家系叶状柄的组织解剖结构在梯度降温过程中有适应性改变，其叶状柄、表皮细胞、栅栏组织和中间层组织厚度均有所减小，其中栅栏组织及中间层组织变化明显。经0℃处理后，11、33、39、40号家系的栅栏组织呈现出不同程度的扭曲，细胞间隙增大，中间层组织细胞略显冻渍状；而大部分家系仍保持了较完整的组织结构。另外，组织结构紧密度(CTR)和疏松度(SR)在降温过程中具相对稳定性，随温度下降，CTR值减小，而SR值增大，经0℃处理后，家系间的CTR值介于0.38～0.45，43号家系最大，11、39、40号最小。SR值介于0.47～0.52，26号最大，37号最小。
　　 7.通过相关性分析筛选了10个衡量厚荚相思幼苗耐寒性的指标，采用主成分分析法确定影响厚荚相思耐寒性的3个主成分。结合主成分综合模型、隶属函数法以及聚类分析进行厚荚相思幼苗家系的耐寒性综合评价，将12个参试家系划分为四个类别：第一类是耐寒性最强的家系：34、35、37、43号；第二类家系耐寒性略低于第一类：25、26、41号；第三类为耐寒性较弱家系：10、11、33、39号；第四类为对低温高度敏感家系：40号，不耐寒。

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章 研究进展

1.1 植物耐寒机理

1.1.1 细胞膜系统

1.1.2 保护酶系统

1.1.3 渗透调节物质

1.1.4 解剖结构特征

1.2 林木耐寒性研究方法

1.3 厚荚相思树种研究现状

1.4 研究目的意义及技术路线

1.4.1 研究目的意义

1.4.2 研究技术路线

第二章 厚荚相思子代测定林的寒害调查研究

2.1 试验材料

2.2 试验方法

2.3 数据统计分析

2.4 结果与分析

2.5 小结

第三章 厚荚相思耐寒性生理生化机理研究

3.1 试验材料

3.2 试验方法

3.2.1 人工低温胁迫试验

3.2.2 生理生化指标的测定

3.3 数据统计分析

3.4 结果与分析

3.4.1 各项指标方差分析

3.4.2 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄质膜透性的影响

3.4.3 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄过氧化氢酶(CAT)活性的影响

3.4.4 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响

3.4.5 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄可溶性糖含量的影响

3.4.6 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄可溶性蛋白质含量的影响

3.4.7 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄游离脯氨酸含量的影响

3.4.8 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄丙二醛含量的影响

3.5 小结

第四章 低温胁迫下厚荚相思叶状柄解剖特征研究

4.1 试验材料

4.2 试验方法

4.2.1 人工低温胁迫试验

4.2.2 叶状柄解剖形态

4.3 数据统计分析

4.4 结果与分析

4.4.1 各项指标的方差分析

4.4.2 低温胁迫对厚荚相思家系叶状柄解剖特征的影响

4.4.3 厚荚相思叶状柄组织紧密度与疏松度分析

4.5 小结

第五章 多指标综合评价及耐寒评价体系的建立

5.1 相关性分析

5.2 主成分分析

5.3 耐寒评价体系的建立及耐寒家系综合评定

5.3.1 主成分综合模型

5.3.2 隶属函数法

5.3.3 系统聚类分析

5.4 小结

第六章 结论与讨论

6.1 讨论

6.1.1 细胞膜系统的稳定性与耐寒性

6.1.3 保护酶系统与耐寒性的关系

6.1.4 渗透调节物质与耐寒性的关系

6.1.5 组织解剖结构的变化与耐寒性的关系

6.1.6 厚荚相思耐寒性差异机理的探讨

6.1.7 田间耐寒表现与室内耐寒性鉴定的关系

6.2 主要创新点

6.3 本研究存在的不足

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况