白桦生理指标及电阻抗对涝渍胁迫的响应

摘要

白桦(Betula platyphylla Suk.)是我国北方地区重要的乡土树种和山区地带绿化造林优良树种。本试验以2年生白桦实生苗为研究对象进行涝渍胁迫（CK:土壤含水量为田间持水量的75％左右;处理A（渍水）:土壤含水量处于完全饱和状态，水面与土面保持水平;处理B（淹水）:土壤含水量过饱和，盆内有积水，水面高于土面2cm左右）处理，通过一系列的生理指标的测定（内源激素、可溶性糖、淀粉、营养元素等）探讨白桦耐涝机理。同时，涝渍胁迫处理后，进行白桦实生苗的根的电阻抗分析，得出电阻抗图谱(Electrical impedance spectroscopy, EIS)参数的变化规律，并与生理参数进行相关性分析。得到可以表征白桦根系在涝渍胁迫下生理状况的电阻抗参数。为快速检测和测定逆境下植物根系的生理状况提供新的技术手段。另一方面，测量涝胁迫下白桦的叶和茎的EIS、含水量和膜透性，分析EIS参数与含水量和膜透性之间的关系，筛选出最佳EIS参数并建立白桦在涝胁迫中含水量变化的估算模型，并用筛选出的最佳EIS参数估算耐涝时间的阈值。为促进EIS技术在植物涝胁迫中的体内含水量变化诊断以及耐涝时间的阈值估算的实际应用提供重要的理论依据和技术支持。主要结果如下:
　　1.随着处理时间的延长，渍水和淹水处理的白桦叶片中叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素荧光参数PSⅡ电子传递量子效率(ΦPSⅡ)、表观光合电子传递速率(ETR)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭系数(qP)均呈整体下降，而胞间CO2浓度和非光化学猝灭系数(qN)呈整体上升趋势，表明白桦长时间涝渍胁迫，光合作用会受到了严重的抑制。
　　2.随着涝渍胁迫时间的延长，在渍水处理下，叶中ABA、IAA、ZR含量及IAA/ABA、ZR/ABA、(GA+IAA+ZR)/ABA的比值都呈整体上升趋势，GA含量和GA/ABA的比值都呈先上升后下降的趋势。茎中ABA含量呈先上升，后下降，再上升的趋势;ZR、GA含量及IAA/ABA、GA/ABA的比值都呈整体下降趋势。IAA含量及ZR/ABA、(GA+IAA+ZR)/ABA的比值呈先下降，后上升，再下降的趋势。根ABA含量呈上升趋势，GA含量和GA/ABA比值都呈先下降，后上升，再下降的趋势。IAA含量呈先上升后下降趋势。ZR含量和ZR/ABA的比值呈整体先下降，后上升的趋势。IAA/ABA、(GA+IAA+ZR)/ABA的比值都呈整体下降趋势。在淹水处理下，叶ABA、GA、ZR含量及ZR/ABA、GA/ABA比值都呈先上升，后下降的趋势。IAA含量、IAA/ABA、(GA+IAA+ZR)/ABA的比值都呈上升的趋势;茎各内源激素含量及比值的变化趋势与渍水处理下的变化相同。根除ABA含量呈先上升，后下降的趋势，而IAA/ABA的比值变化趋势与ABA含量趋势相反外，其它内源激素及比值的变化趋势与渍水处理下的变化相同。
　　3.随着涝渍胁迫时间的延长，在渍水处理下，根、茎和叶的N含量呈先增加，后下降的趋势。茎和叶P含量呈下降趋势，根P含量呈先增加，后下降的趋势。根Mn含量呈增加趋势，茎和叶Mn含量呈先下降，后增加，再下降的趋势。根和茎Fe含量呈下降趋势，叶Fe含量呈先增加，后下降的趋势。根、茎和叶K、Ca、Mg、 Zn、Cu含量都呈下降趋势。淹水处理下白桦实生苗根、茎和叶的N、K、Mg、Ca、Zn、Fe、Cu含量都呈下降趋势，而Mn含量呈增加趋势。茎和叶P含量都呈下降趋势，根P含量呈先增加，后下降趋势。
　　4.随着涝渍胁迫处理时间的延长，在渍水处理下，叶和茎的可溶性糖含量呈现出整体上升趋势;而根可溶性糖含量呈先下降，后上升的趋势。叶和根淀粉含量呈现出整体上升趋势;而茎淀粉含量呈现出先下降，后升高的趋势。在淹水处理下，根、茎和叶可溶性糖含量都呈现出先上升后下降的趋势。叶和茎淀粉含量呈现出先上升后下降的趋势;而根淀粉含量呈现出先下降后上升趋势。
　　5.渍水和淹水处理都使根部产生不定根，渍水处理产生不定根多于淹水处理;在涝渍胁迫第60 d，渍水和淹水处理根的干物质含量均显著低于对照，EIS参数在涝渍胁迫处理期间均发生变化。随着胁迫时间的延长，胞外电阻率(re)和弛豫时间（τ）变化趋势相同。
　　6.在涝渍胁迫期间，根的re受可溶性糖、IAA、Ca的含量影响最大，re与可溶性糖、IAA含量呈正相关，而与Ca含量呈负相关;τ受N含量的影响最大，二者呈负相关;弛豫时间分布系数（ψ）受淀粉、K、Cu、Zn含量及GA/ABA比值的影响最大，与淀粉含量呈负相关，而与K、Cu、Zn含量及GA/ABA比值呈正相关。
　　7.随着涝胁迫时间的延长，涝处理中白桦叶和茎的含水量都呈下降趋势。涝胁迫下叶的EIS图谱弧顶电抗值呈降低的趋势，而茎的图谱弧顶电抗值呈先升高，后降低的趋势。涝胁迫下白桦叶和茎的含水量和细胞膜透性与部分EIS参数显著相关，并通过选取相关性最佳的EIS参数，构建了涝胁迫下叶和茎的含水量估算模型。其中，高频电阻率r对叶和茎的含水量的估算效果最好，最佳估算模型分别为y叶=1.0668e-0.11x和y茎=0.0007x2+0.0037x+0.5254。

目录

声明

摘要

缩写词目录

第一章 引言

1 植物涝渍胁迫的研究现状

1．1 涝渍胁迫对植物形态结构的影响

1．2 涝渍胁迫对细胞膜透性的影响

1．3 涝渍胁迫对光合作用的影响

1．4 涝渍胁迫对非碳水化合物的影响

1．5 涝渍胁迫对植物内源激素的影响

1．6 涝渍胁迫对保护酶的影响

1．7 涝渍胁迫对植物呼吸作用的影响

1．8 涝渍胁迫对植物矿质元素的影响

2 植物的耐涝渍机制

2．1 形态结构适应

2．2 生理代谢适应

3 抗涝性评价指标的研究

4 电阻抗图谱法(EIS)测定植物抗涝性

4．1 EIS法测定的原理

4．2 等效电路模型

4．3 EIS法研究抗涝性

5 研究目的及意义

第二章 涝渍胁迫对白桦实生苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 涝渍胁迫对白桦叶片叶绿素含量的影响

2．2 涝渍胁迫对白桦叶片光合参数的影响

2．3 涝渍胁迫对白桦叶片叶绿素荧光特性的影响

3 讨论

3．1 涝渍胁迫对叶绿素含量的影响

3．2 涝渍胁迫对光合参数的影响

3．3 涝渍胁迫对叶绿素荧光参数的影响

第三章 涝渍胁迫对白桦实生苗内源激素的影响

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 数据处理

2 结果与分析

2．1 涝渍胁迫下白桦内源ABA含量的变化

2．2 涝渍胁迫下白桦内源GA含量的变化

2．3 涝渍胁迫下白桦内源IAA含量的变化

2．4 涝渍胁迫下白桦内源ZR含量的变化

2．5 涝渍胁迫下白桦实生苗内源激素之间的相互关系

3 讨论

3．1 涝渍胁迫对白桦内源ABA含量的影响

3．2 涝渍胁迫对白桦内源GA含量的影响

3．3 涝渍胁迫对白桦内源IAA含量的影响

3．4 涝渍胁迫对白桦内源ZR含量的影响

3．5 涝渍胁迫对白桦实生苗内源激素平衡的影响

第四章 涝渍胁迫下白桦实生苗营养元素含量变化机制的研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 数据处理

2 结果与分析

2．1 涝溃胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的N含量的影响

2．2 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的P含量的影响

2．3 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的K含量的影响

2．4 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Ca含量的影响

2．5 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Mg含量的影响

2．6 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Mn含量的影响

2．7 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Zn含量的影响

2．8 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Fe含量的影响

2．9 涝渍胁迫对白桦实生苗根、茎、叶内的Cu含量的影响

3 讨论

3．1 涝渍胁迫对白桦实生苗内大量营养元素N、P、K、Mg、Ca含量的影响

3．2 涝渍胁迫对白桦实生苗内微量营养元素Mn、Zn、Fe、Cu含量的影响

第五章 涝渍胁迫下白桦可溶性糖和淀粉含量的变化

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 数据处理

2 结果与分析

2．1 涝渍胁迫对白桦叶可溶性糖和淀粉含量的影响

2．2 涝渍胁迫对白桦茎可溶性糖和淀粉含量的影响

2．3 涝渍胁迫对白桦根可溶性糖和淀粉含量的影响

3 讨论

3．1 涝渍胁迫对白桦可溶性糖变化的影响

3．2 涝渍胁迫对白桦淀粉变化的影响

第六章 涝渍胁迫对白桦根系生长及电阻抗图谱参数的影响

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 数据处理

2 结果与分析

2．1 涝渍胁迫对白桦根系生长的影响

2．2 涝渍胁迫对根的电阻抗图谱参数的影响

3 讨论

3．1 涝渍胁迫对白桦根系生长的影响

3．2 涝渍胁迫对白桦根电阻抗图谱参数的影响

第七章 根电阻抗图谱参数与部分生理指标的相关性分析

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 处理方法

1．3 测定方法

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与可溶性糖和淀粉含量的关系

2．2 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与激素含量的关系

2．3 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与矿质元素含量的关系

3 讨论

3．1 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与可溶性糖和淀粉含量相关性

3．2 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与激素相关性

3．3 涝渍胁迫下根系的电阻抗图谱参数与矿质元素的相关性

第八章 涝胁迫下白桦电阻抗图谱估测含水量及与膜透性关系的研究

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．2 试验方法

1．3 测定方法

1．4 数据分析

2 结果与分析

2．1 涝胁迫对白桦叶和茎含水量的影响

2．2 涝胁迫对白桦叶和茎电阻抗图谱(EIS)的影响

2．3 涝胁迫下电阻抗图谱(EIS)参数与白桦叶和茎含水量的关系

2．4 含水量与EIS参数的估算模型

2．5 含水量的EIS模型的精度检验

2．6 涝胁迫对白桦叶和茎膜透性的影响

2．7 涝胁迫下电阻抗图谱(EIS)参数与白桦叶和茎膜透性的关系

3 讨论

第九章 结论

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢