外源酚酸对欧美杨Ⅰ-107水培幼苗形态与生理生化特性的影响

摘要

连作杨树人工林地力衰退与杨树根际酚酸物质的累积关系密切，深入研究杨树根系在酚酸环境中的生理变化和生长发育规律对揭示连作杨树人工林地力衰退机理具有重要意义。本研究以黑杨派欧美杨Ⅰ-107（Populus×euramericana‘Neva’）水培幼苗为试材，参照二代杨树人工林根际土壤中的酚酸含量（X），在改良Hoagland营养液中设置五个酚酸浓度梯度（0X（CK）、0.5X、1.0X、1.5X、2.0X），测定酚酸处理后第1、5、10、20、30和40天的根系生理生化特性、植株硝态氮吸收利用、光合生理特征和处理后第40天的植株形态数据。
　　 试验结果表明：
　　 （1）形态特征：随着外源酚酸浓度的提高，杨树幼苗根尖数、根系长度、根系表面积、根系分枝数、根系分形维数以及根系干重均显著下降；根系直径出现显著的增大（P<0.05）；叶片数量、叶片宽度、叶面积、叶片形状因子（叶面积/等周长圆面积比值）、叶片干重、枝条长度、枝条基径和枝条干重受到较高浓度酚酸处理（1.5X，2.0X）的显著抑制（P<0.05）；叶片长度、叶片干重和枝条干重受到较低浓度酚酸处理（0.5X）的显著促进（P<0.05）。多数形态特征受低浓度酚酸处理（0.5X）的促进而受高浓度酚酸处理（1.5X，2.0X）的抑制，这表明酚酸对杨树幼苗生长的影响是不均衡的，同时其作用效应方向与酚酸浓度水平具有密切关系。根尖附近侧根发育受到酚酸处理的抑制，根系形状逐渐由柱形（0X）向倒金字塔形（0.5X、1.0X）和伞形（1.5X、2.0X）过渡，高浓度酚酸导致根尖坏死。根系颜色逐渐由乳白色（0X）向褐色（0.5X、1.0X）、黑褐色（1.5X）、黑色（2.0X）过渡。
　　 （2）根系生理特征：低浓度酚酸（0.5X）可提高杨树根系超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）的活性，而高浓度酚酸（1.0X、1.5X和2.0X）则显著抑制两种酶的活性（P<0.05）。根系活力随酚酸浓度的提高而显著降低（P<0.05）：根系丙二醛含量以及根系伤害度随酚酸浓度的提高而显著提高（P<0.05）。
　　 （3）硝态氮的吸收利用：48 h动态测定发现酚酸物质对硝态氮的吸收存在显著的抑制作用（P<0.05）；处理后第40天，低浓度酚酸（0.5X、1.0X）导致硝态氮在植株体内发生积累，而高浓度酚酸（1.5X、2.0X）导致植株硝态氮含量下降；酚酸物质明显抑制植株硝酸还原酶活性，处理后第40天各处理间表现出显著差异（P<0.05）；酚酸物质处理后期，植株亚硝态氮含量表现出升高的趋势。酚酸浓度与处理时间对杨树水培苗硝态氮的生理效应关系可以用多元线性模型模拟。
　　 （4）光合生理特征：较高浓度酚酸处理（1.0X、1.5X、2.0X）导致叶片、枝条及根系水分饱和亏提高，这种水分状况的变化对幼苗生理代谢具有不利影响；较高浓度酚酸（1.0X、1.5X和2.0X）处理后第5天既导致杨树幼苗叶片叶绿体色素含量显著下降（P<0.05）；酚酸对杨树幼苗气孔导度和净光合速率总体上表现为抑制作用，叶片对不同光强的综合利用能力因酚酸的作用而表现出下降的趋势；酚酸物质在处理前期抑制叶片呼吸速率而后期则诱导呼吸速率增强。
　　 （5）指标相关分析：根尖数与叶片宽度、叶面积、叶片干重呈极显著正相关关系，与叶片数量、枝条长度、枝条基径、枝条干重呈显著正相关关系；根长与叶片宽度，叶面积呈显著正相关关系；根系干重与叶片宽度、叶面积、叶片干重呈显著正相关关系；根系伤害度与根系活力和硝态氮吸收速率呈极显著负相关关系，与根系POD活性呈显著负相关关系，与根系丙二醛含量呈显著正相关关系；根系POD活性与根系SOD活性、根系活力、根系硝态氮吸收速率呈显著正相关关系，与根系伤害度呈显著负相关关系；根系SOD活性与根系POD活性呈显著正相关关系，与其他生理指标没有显著相关关系。
　　 （6）指标主成分分析：根尖数、根系表面积、根系分枝数、根系分形维数、叶片长度、叶片长宽比、叶片宽度、叶面积、根系干重和叶片干重等10个指标对于反映外源酚酸对杨树植株形态特征的影响方面作用较明显；根系POD活性、根系活力、根系丙二醛含量、根系伤害度和植株硝态氮吸收速率等5个指标对于反映外源酚酸对杨树根系生理特征的影响方面作用较明显；根系水分饱和亏、枝条水分饱和亏、叶片水分饱和亏、总叶绿素含量和类胡萝卜素含量等5个指标对于反映外源酚酸对杨树光合生理特征的影响方面作用较明显。
　　 外源酚酸对杨树幼苗根系形态发育和部分生理生化特性所造成的影响改变了根系吸收、运输等功能，影响了植株整体水分、矿质养分代谢，干扰了植株同化和干物质分配过程，从而对植株的整体生长发育产生间接而显著的作用，这可能是酚酸产生化感效应的主要实现方式。

目录

文摘

英文文摘

缩略词

1 引言

1.1 研究的背景

1.2 化感作用研究现状

1.3 本研究主要研究内容

1.4 技术路线

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 试验设计

2.3 测定方法

2.4 数据统计分析方法

3 结果与分析

3.1 外源酚酸对杨树幼苗形态发育的影响

3.2 外源酚酸对杨树幼苗根系抗逆生理生化特性的影响

3.3 外源酚酸对杨树幼苗根系硝态氮吸收吸收利用的影响

3.4 外源酚酸对杨树幼苗光合生理进程的影响

3.5 外源酚酸影响下杨树幼苗形态生理指标的相关性与主成分分析

4 讨论

4.1 化感物质浓度、处理时间与化感效应方向存在怎样的关系

4.2 化感作用的发挥与环境条件存在怎样的联系

4.3 酚酸物质如何从生理生化层面对受体植物产生影响

4.4 酚酸物质如何对植株光合同化作用产生化感作用

4.5 室内模拟试验与实际大田生产的关系

5 结论

5.1 外源酚酸对杨树幼苗形态发育的影响

5.2 外源酚酸对杨树幼苗根系生理生化特性的影响

5.3 外源酚酸对杨树幼苗根系硝态氮吸收利用的影响

5.4 外源酚酸对杨树幼苗光合生理进程的影响

5.5 外源酚酸影响下杨树幼苗形态生理指标相关分析

5.6 外源酚酸影响下杨树幼苗形态生理指标主成分分析

5.7 有关酚酸对杨树幼苗化感作用关键机理的研究总结

参考文献

附图

致谢

攻读学位期间发表论文情况