长序榆保护策略的构建:从叶片光合生理到种群生理生态

摘要

本研究首先对长序榆叶片的光合和叶绿素荧光特性进行了观测，接着使用傅立叶变化红外光谱技术研究了长序榆的亲缘地理关系，最后探讨了长序榆叶片性状和野外生存状态对保护的启示。
　　 1.用Li-6400XT便携式光合作用仪对一年生和当年生濒危植物长序榆幼苗的光合日变化进行了观测，为科学保护提供理论依据和技术途径。结果发现，一年生和当年生长序榆幼苗的光合日变化均为单峰曲线，无“午休”现象。当年生的平均净光合累积量(5.64μmol·m-2·s-1)大于一年生的净光合累计量(5.05μmol·m-2·s-1)。胞间二氧化碳(Ci)浓度与光合日变化基本上是相反的。气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)没有明显的变化规律。光能利用率(LUE)中午12:00最低，水分利用率(WUE)13:00最高。一年生和当年生的光饱和点(LSP)分别为1620.75μmol·m-2·s-1和1123.07μmol·m-2·s-1，二者的光补偿点(LCP)均较低，分别为8.33μmol·m-2·s-1和8.89μmol·m-2·s-1，即长序榆幼苗是一光适应幅度较大的植物。偏相关分析表明光合有效辐射(PAR)和大气温度(Ta)是决定其净光合速率的主要环境因子。
　　 2.用Li-6400XT长序榆幼苗的各叶绿素荧光参数的日变化和快速光响应曲线进行了测定。结果发现，光系统Ⅱ(PSI I)的实际光化学效率(ΦPSII)、电子传递速率(ETR)在整个白天阶段较稳定，下午18:00显著下降。光化学淬灭(qP)先增大后减小。非光化学淬灭(NPQ)呈现出与光化学淬灭(qP)相反的变化趋势，中午最低，说明长序榆幼苗光能利用率较高。快速光曲线表明实际光化学效率(ΦPS(Ⅱ))和光化学淬灭(qP)随着光合有效辐射(PAR)的增大而减小，电子传递速率(ETR)和非光化学淬灭(NPQ)随着光合有效辐射(PAR)的增大而增大。使用幂函数能够很好的拟合实际光化学效率(ΦPS(Ⅱ))和电子传递速率(ETR)随光强的变化，而对数函数能较好的拟合实际光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)随光强的变化。
　　 3.应用傅里叶变化红外光谱法(FTIR)和热重(差热)技术对不同地区的长序榆进行了亲缘关系研究，结果发现:不同地区的长序榆叶片红外吸光值存在差异，选取的16个特征波峰使7个地区的长序榆聚类成4个亲缘类群，它们分别为安徽歙县和浙江临安类群;浙江开化、浙江遂昌以及江西武宁类群;浙江松阳和福建南平各成一个类群。热重(差热)分析表明，长序榆的叶片热裂解过程有两个明显的放热阶段，随着热裂解过程的进行，在550℃附近达到质量损失的最大值;350-550℃的TG(DT)曲线可以用来辅助鉴定长序榆的亲缘地理关系。
　　 4.揭示影响长序榆生境和影响叶性状的环境因子对理解长序榆的濒危机制有重要意义。通过对我国分布地的长序榆比叶面积、叶片N含量和叶片δ13C值的测定发现，温度和光照是影响长序榆比叶面积的主要环境因子，这与长序榆是一喜阳植物有关;长序榆叶片δ13C值最大-26.33％，最小是-29.64％，平均值是-28.09％，其光合作用类型属于C3植物;相比海拔、年日照时数和年降雨量，温度也是影响13C分馏的主要环境因子，单独解释了δ13C值变异的36％;相比于中国北方广布种同属植物白榆，长序榆δ13C值明显偏负(P＜0.05);长序榆叶片N含量较高(33.30mg g-1)，高于白榆的叶片N含量(28.18mg g-1)，但没有达到显著性差异(P＞0.05);长序榆偏负的叶片δ13C值和较高的N含量，说明其较低的气孔限制值和较高的光合速率。在不考虑气候格局的变化下，随着纬度的降低长序榆叶片δ13C值偏负，而土壤δ13C值大体偏正，说明随着纬度的减小其水分利用效率的降低和分布地C4植物种类的丰富。长序榆比叶面积随年平均温度的增大而变大，叶片同位素δ13C随之偏轻说明了长序榆在温度较高的环境水分利用率降低和蒸腾失水的加强，在未来全球变暖和干旱加剧的背景下长序榆可能会进一步缩小分布面积。最后，我们提出了基于长序榆生境和叶性状特征的保护策略。
　　 5.通过对分布在我国的长序榆近两年的踏查发现，长序榆主要集中在我国的安徽、浙江、江西和福建等省，长序榆生境已经严重片段化，自然干扰和人为干扰是造成其濒临灭绝的主要原因。长序榆多分布在海拔600-900m的阳坡或半阳坡上，其中最大的种群分布在浙江开化和遂昌，分布区的特殊地势使其成为长序榆的冰期避难所。对18项生物学、生态学指标的主成分分析结果表明，影响长序榆生存的主要环境因子是:光照、土壤养分、坡向和海拔。对浙江松阳、江西武宁和福建南平数量极少的种群需优先进行迁地保护，积极引种栽培;而对于安徽歙县、浙江临安、开化和遂昌等大种群分布区，应该扩大核心保护区面积，避免人为破坏。

目录

论文说明

摘要

1 文献综述

1．1 榆属植物药用价值与机理研究

1．2 榆属植物生理生态的研究

1．3 抗病虫害的研究

1．4 总结与展望

2 长序榆幼苗叶片光合特性研究

2．1 材料与方法

2．1．1 研究样地

2．1．2 试验材料

2．1．3 水分利用率和光能利用率

2．1．4 光响应曲线的测定

2．1．5 数据分析

2．2 结果与分析

2．2．1 净光合速率和胞间二氧化碳浓度的日变化

2．2．2 蒸腾速率与气孔导度的日变化

2．2．3 水分利用率和光能利用率

2．2．4 光响应曲线

2．2．5 净光合速率与环境因子的关系

2．3 讨论

3 长序榆叶片叶绿素荧光特性研究

3．1 材料与方法

3．1．1 试验样地和材料

3．1．2 叶绿素荧光各参数和快速光曲线的测定

3．1．3 数据分析

3．2 结果与分析

3．2．1 实际光化学效率、电子传递速率、光化学淬灭和非光化学淬灭的日变化

3．2．2 叶绿素荧光参数的曲线估计

3．3 讨论

4 长序榆亲缘地理学研究

4．1．材料与方法

4．1．1 材料来源

4．1．2 测定方法

4．1．3 数据分析

4．2 结果与分析

4．2．1 FTIR的图谱分析

4．2．2 聚类分析

4．2．3 不同地区长序榆叶片热重(差热)比较

4．3 讨论

5 长序榆叶片特征对保护的启示

5．1 研究地区和研究方法

5．1．1 研究区概况

5．1．2 调查方法

5．1．3 比叶面积

5．1．4 土壤和叶片C，N和δ13C测试

5．1．5 数据分析

5．2 结果与分析

5．2．1 长序榆比叶面积与环境因子的关系

5．2．2 长序榆δ13C与环境因子的关系

5．2．3 长序榆与白榆叶片N和δ13C的比较研究

5．3 讨论

5．3．1 影响叶性状的主要环境因子

5．3．2 叶性状对保护的启示

6 基于生存状况的长序榆保护策略

6．1 研究地区和研究方法

6．1．1 研究区概况

6．1．2 调查方法

6．1．3 比叶面积

6．1．4 土壤和叶片理化测试

6．1．5 数据分析

6．2 结果与分析

6．2．1 长序榆的生境特征

6．2．2 各环境因子的相关性分析

6．2．3 环境因子的主成分分析

6．3 讨论

6．3．1 长序榆濒危原因分析

6．3．2 长序榆濒危等级的商榷

6．3．3 长序榆的保护策略

7．研究结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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