黄土高原矿区典型木本植物幼苗对干旱胁迫的生态适应性研究

摘要

土壤水分是影响黄土高原矿区植被生长和生态恢复的主要限制因子。本研究在前期对该矿区自然定居和人工恢复植物群落进行调查研究的基础上，选择耐旱、耐贫瘠的7种典型木本植物——臭椿(Alianthus altissima)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、侧柏(Platycladus orientalis)、油松(Pinus tabuliformis)、紫穗槐(Amorpha fruticosa)、沙棘(Hippophae rhamnoides)和荆条(Vitex negundovar.heterophylla)，以其幼苗为研究对象，以矿区生黄土为基质，模拟矿区土壤水分条件，通过温室盆栽控水实验，设置3个土壤水分处理(适宜水分、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫，分别为田间持水量的75±5％,55±5%,35±5%)。采用生化技术和Li-6400XT光合作用系统等方法，研究了不同干旱胁迫对其幼苗的叶片水分生理指标、叶绿素含量、抗氧化酶系统、光合特性及土壤酶活性的影响，揭示了苗期各物种对干旱胁迫的响应特征，进而分别评价乔木和灌木幼苗对干旱胁迫的生态适应性。
　　本研究主要内容包括：⑴随干旱胁迫程度的加剧，7种木本植物幼苗的叶片相对含水量(RWC)、叶片保水力和5种木本植物幼苗(臭椿、刺槐、紫穗槐、沙棘和荆条)的叶绿素含量下降，叶片相对水分亏缺(RWD)上升。其中侧柏和油松幼苗抗脱水能力强于臭椿和刺槐，紫穗槐幼苗抗脱水能力强于沙棘。⑵随干旱胁迫程度的加剧，除油松幼苗外，其余6种木本植物幼苗的膜质过氧化产物丙二醛(MDA)含量均升高，其膜脂过氧化程度增大，其中油松和侧柏MDA含量变化较刺槐和臭椿小，荆条MDA含量变化较紫穗槐和沙棘小。与适宜水分相比，重度干旱胁迫下臭椿、刺槐、侧柏、紫穗槐幼苗可通过增加超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性来清除体内大量积聚的活性氧从而抵御干旱胁迫；油松幼苗通过增加SOD活性、荆条幼苗通过增加POD活性来抵御干旱胁迫。臭椿、刺槐、侧柏、油松、紫穗槐可通过提高渗透调节物质—可溶性蛋白(SP)含量来抵御干旱胁迫。表明各植物种幼苗通过不同的机制调节来抵御或忍耐干旱胁迫，乔木植物中侧柏的抗旱能力强于油松、臭椿和刺槐，灌木植物中紫穗槐的抗旱能力强于沙棘和荆条。⑶随干旱胁迫程度的加剧，5种木本植物幼苗(臭椿、刺槐、紫穗槐、沙棘和荆条)的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)下降。与适宜水分相比，重度干旱胁迫下，臭椿和紫穗槐的胞间 CO2浓度(Ci)下降，其 Pn的下降主要由气孔限制引起；而刺槐、沙棘和荆条的Ci上升，其Pn的下降主要由非气孔限制引起；臭椿和紫穗槐的WUE分别高于其余乔木和灌木，其能更经济的利用水分。⑷直角双曲线修正模型可以很好地拟合5种木本植物幼苗在不同水分条件下的光合光响应曲线。同等光照下各植物种幼苗的净光合速率(Pn)表现为：适宜水分>中度干旱>重度干旱。随干旱胁迫程度的加剧，各木本植物幼苗的表观量子效率(AQY)、最大浄光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)、光饱和点(LSP)呈下降趋势，光补偿点(LCP)则呈上升趋势。干旱胁迫使各植物种幼苗对光能的利用范围变窄，其中臭椿幼苗、紫穗槐和沙棘幼苗的对光能的利用范围较宽。干旱胁迫下，臭椿幼苗对强光的适应能力强于刺槐；紫穗槐和沙棘幼苗对强光的适应能力强于荆条。⑸与适宜水分相比，重度干旱胁迫下各植物幼苗根际土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均受到了抑制，其中各植物幼苗的碱性磷酸酶和过氧化氢酶变化较大。重度干旱胁迫下，4种乔木植物相比，侧柏各种酶活的变化均比较小，油松根际土壤过氧化氢酶活性下降幅度较大，臭椿脲酶和蔗糖酶活性下降幅度较大，而刺槐根际土壤碱性磷酸酶和蔗糖酶活性变化最明显；3种灌木植物相比，沙棘、荆条的过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性下降幅度均较紫穗槐大。表明土壤酶活性受植物种类、酶类别和水分状况等影响。⑹隶属函数法分析得出，4种乔木植物幼苗在中度和重度干旱胁迫下的生态适应性由强到弱均为：侧柏>油松>臭椿>刺槐；3种灌木植物幼苗在中度和重度干旱胁迫下的生态适应性由强到弱为：紫穗槐>荆条>沙棘。

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第一章 前言

1.1 研究目的和意义

1.2 矿区生态恢复植物种选择及物种抗旱性研究进展

1.3 研究内容

1.4 实验方案

1.5 技术路线

1.6 创新之处

第二章 干旱胁迫对典型木本植物幼苗叶片水分生理特性的影响

2.1 引言

2.2 实验材料与方法

2.3 结果与分析

2.4 讨论

第三章 干旱胁迫对典型木本植物幼苗抗氧化酶系统的影响

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与分析

3.4 讨论

第四章 干旱胁迫对典型木本植物幼苗光合特性的影响

4.1 引言

4.2 材料与方法

4.3 结果与分析

4.4 讨论

第五章 干旱胁迫对典型木本植物幼苗根际土壤酶活性的影响

5.1 引言

5.2 材料与方法

5.3 结果与分析

5.4 讨论

第六章 典型木本植物幼苗对干旱胁迫的生态适应性评价

6.1 引言

6.2 材料与方法

6.3 结果与分析

6.4 讨论

第七章 结论

7.1 结论

7.2 有待进一步研究的问题

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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