不同基因型美国黑核桃对干旱胁迫的适应机制研究

摘要

该文研究了土壤干旱胁迫对美国黑核桃基因资源的水分构型参数以及生长动力学特征的影响,对不同基因型黑核桃的渗透调节、光合效率调节、抗氧化作用、超弱发光特征、补偿生长效应进行了分析和探索,并对黑核桃的抗旱性进行了初步的评价和探讨.主要结果如下：1.干旱胁迫对不同基因型黑核桃叶片的水分特征、植株水力构型特征（Waterarchitechurefeatures）以及生长动力学特征产生重要影响.2.该文首次把由不同逆境条件引起的超补偿分为两类.3.不同基因型的黑核桃在干旱胁迫下具有较大的渗透调节能力.4.不同基因型的黑核桃在干旱胁迫下积累的渗透调节物质主要有：脯氨酸、可溶性糖、游离氨基酸、K<'+>、Mg<'2+>、Ca<'2+>等,其中以脯氨酸的增加最为显著,但对渗透调节贡献最大的是可溶性糖、游离氨基酸和Ca<'2+>.5.在干旱胁迫下,不同基因型黑核桃体内的激素类型和相互之间比例不同.6.该文首次发现黑核桃与普通核桃在POD酶活性上存在着很大的差异.7.在正常条件下3种基因型黑核桃的光合日变化特征属于单峰图形,没有明显的“午降”现象.8.辅证了J.major的超补偿只能是分配型补偿.9.该文首次发现,J.nigra在稳定的高光强、高VPD、低土壤温度下发生气孔振荡（Stomataloscillation）行为.10.在干旱胁迫下,不同基因型黑核桃MDA的积累与膜透性存在着高度相关性.11.该文对不同基因型黑核桃叶片的UBE衰减动力学特征的比较研究认为,UBE的光源来自黑核桃叶片细胞中ATP体系的能量转换过程.12.该文引入灰色系统关联度分析方法,对黑核桃生长动力学特征、水力构型参数、根冠间同化物积累与分配模式、抗氧化防卫能力、激素调节、光化学效率调节以及超弱发光等15项指标参数,进行多指标抗旱性综合评价.

目录

英文缩写符号及英文对照表

摘要

1前言

2文献综述

2.1干旱胁迫下植物的适应性反应

2.1.1干旱胁迫下植物叶片的渗透调节作用

2.1.2干旱胁迫下植物叶片的弹性调节作用

2.1.3干旱胁迫对植物生长过程的影响

2.1.4干旱胁迫下植物的蒸腾及气孔调节

2.1.5干旱胁迫对植物光合作用的影响

2.1.6干旱胁迫对植物活性氧及抗氧化系统的影响

2.2干旱胁迫后复水对植物生长发育的调节

2.2.1两类超越补偿效应及其“冗余”理论

2.2.2产生超补偿效应可能的生理生态机制

2.3超弱发光与植物的抗逆性研究

2.3.1超弱发光(UBE)研究的历史及发展

2.3.2生物超弱发光的机理

2.3.3生物超弱发光在逆境生理研究中的应用

2.4美国黑核桃资源的研究和利用

2.4.1美国黑核桃资源的起源与分布

2.4.2美国黑核桃的利用价值

2.4.3我国黑核桃引种的现状及发展前景

3材料与方法

3.1材料与种植

3.1.1美国黑核桃资源的植物学地位

3.1.2实验使用材料

3.1.3材料种植

3.2设计与处理

3.3实验方法

3.3.1水分试验池土壤含水量监测与控制

3.3.2生长动力学参数测定

3.3.3水力构型特征参数测定

3.3.4水势(ψw)测定

3.3.5渗透势(ψ s)测定

3.3.6饱和渗透势(ψs100)及渗透调节能力(OA)测定

3.3.7叶片相对含水量(LRWC)测定

3.3.8叶片光合气体交换参数测定

3.3.9光呼吸参数测定

3.3.10叶绿素荧光参数测定

3.3.11叶绿体色素的测定

3.3.12抗氧化酶活性及抗氧化物质含量的测定

3.3.13膜透性参数及MDA含量测定

3.3.14游离氨基酸、可溶性糖、脯氨酸测定及叶片H2O2含量测定

3.3.15 K+、Na+、Ca+、Mg2+测定

3.3.16叶片GA、ZR、IAA、ABA含量测定

3.3.17超弱发光参数测定

4结果与分析

4.1美国黑核桃的主要植物形态学特征与生长动力学

4.1.1美国黑核桃的主要植物学形态特征

4.1.2不同基因型美国黑核桃植株高度生长曲线

4.1.3不同基因型美国黑核桃的叶面积形成

4.1.4土壤干旱对不同基因型黑核桃水力构型特征的影响

4.1.5土壤干旱下黑核桃根冠间生物量积累的差异及抗旱性评价

4.2土壤干旱下不同基因型黑核桃的水分关系及渗透调节

4.2.1土壤干旱胁迫对黑核桃叶片水分状况的影响

4.2.2土壤干旱胁迫对黑核桃渗透调节能力的影响

4.2.3土壤干旱胁迫对黑核桃积累渗调物质的影响

4.3土壤干旱对不同基因型黑核桃内源激素的影响

4.3.1不同基因型黑核桃叶片中ABA含量的消长与生长调节

4.3.2不同基因型黑核桃叶片中IAA含量的消长与生长调节

4.3.3土壤干旱对不同基因型黑核桃叶片中内源GA、ZR含量的消长与生长调节

4.4干旱胁迫下不同基因型美国黑核桃的光合特性及气孔调节

4.4.1土壤干旱胁迫下黑核桃叶片对光强的响应

4.4.2土壤干旱胁迫下黑核桃叶片气体交换过程日变化

4.4.3土壤干旱胁迫下黑核桃叶片荧光参数日变化

4.4.4土壤干旱胁迫下不同基因型黑核桃叶片叶绿体色素含量的变化

4.4.5土壤干旱胁迫下黑核桃叶片光呼吸参数的变化

4.4.6干旱胁迫下不同基因型黑核桃光合作用年变化

4.4.7干旱胁迫下黑核桃蒸腾速率和水分利用效率日变化

4.4.8干旱胁迫下黑核桃的气孔振荡及WUE调节

4.5干旱胁迫下不同基因型黑核桃抗氧化系统反应特性

4.5.1干旱对黑核桃叶片H2O2含量的影响

4.5.2干旱对黑核桃叶片活性氧清除酶活性的影响

4.5.3干旱对黑核桃叶片MDA及质膜透性的影响

4.6干旱胁迫下不同基因型美国黑核桃的超弱发光(UBE)特征

4.6.1干旱胁迫及复水对不同基因型黑核桃超弱发光特征的影响

4.6.2不同基因型黑核桃超弱发光积分特征

4.7不同基因型美国黑核桃抗旱性的综合评价

5讨论

5.1关于两类补偿效应及黑核桃干旱复水后的生长调节

5.2关于黑核桃在干旱胁迫下的渗透调节和激素调节

5.3美国黑核桃在干旱胁迫下的光合特性及其光化学效率调节

5.4关于美国黑核桃在干旱胁迫下的气孔振荡及气孔反应模式

5.5关于美国黑核桃的超弱发光特征与干旱适应机制

5.6关于美国黑核桃基因资源的多态性及其抗旱性的初步评价

6结论

6.1干旱影响了黑核桃生长速率但未改变其生长节奏

6.2干旱后复水黑核桃产生(超)补偿效应的机制

6.3美国黑核桃在干旱下的气孔振荡及可能的机制

6.4美国黑核桃的超弱发光特征与抗旱适应性

6.5美国黑核桃基因资源的多态性及其抗旱性综合评价

参考文献

致谢

附录

附图