崩崗侵蝕區(qū)先鋒植物類蘆對環(huán)境脅迫的生理生態(tài)學(xué)響應(yīng)機制.pdf

1、類蘆是南方崩崗侵蝕區(qū)優(yōu)良的水土保持草種，能快速覆蓋裸露山體，成為優(yōu)勢種群。它不僅能在貧瘠和干旱的惡劣環(huán)境下生存，而且能形成強大的根網(wǎng)，固土護(hù)坡效果極為顯著。類蘆能在養(yǎng)分貧瘠和干旱的立地上表現(xiàn)出旺盛生命力，是長期適應(yīng)惡劣生存環(huán)境的結(jié)果，是長期進(jìn)化過程中形成的特殊適應(yīng)性，可能存在著獨特的覓尋環(huán)境養(yǎng)分和水分機制，有著特殊的生態(tài)學(xué)意義，但目前國內(nèi)對類蘆適應(yīng)貧瘠養(yǎng)分和干旱環(huán)境的內(nèi)在機制還了解很少。
　　 有鑒于此，本文根據(jù)脅迫植物學(xué)的原理

2、和方法，以南方崩崗侵蝕區(qū)廣泛分布的類蘆為研究對象，利用自主設(shè)計的環(huán)境養(yǎng)分和水分脅迫模擬裝置，通過不同的養(yǎng)分和水分脅迫試驗，研究養(yǎng)分和水分脅迫條件下類蘆的形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征變化，分析類蘆在不同環(huán)境脅迫條件下形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征的差異，探討類蘆對環(huán)境土壤養(yǎng)分和水分的吸收利用策略，挖掘類蘆這種特殊生物學(xué)特性的生態(tài)學(xué)適應(yīng)意義，為揭示類蘆適應(yīng)貧瘠和干旱崩崗侵蝕區(qū)土壤的內(nèi)在機制提供科學(xué)依據(jù)。主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)干旱脅迫對類蘆地上部

3、分生長有較大影響。干旱脅迫初期不同干旱處理對類蘆分蘗和葉片數(shù)量影響較大。與充足供水處理相比，中度和輕度干旱脅迫處理類蘆分蘗和葉片數(shù)量明顯較多(p＜0.05)，但株高生長能力明顯減弱。在重度干旱脅迫條件下類蘆葉片長度生長明顯受阻，但葉片寬度生長較快。隨干旱脅迫時間的延長，類蘆株高、分蘗能力、葉片數(shù)量及最大葉寬生長沒有受到明顯抑制，但葉片的伸長能力受阻。
　　 (2)干旱脅迫對類蘆根系有較大影響，不同處理類蘆根系總長度、表面積、平均

4、直徑、根系生物量存在明顯差異。隨干旱脅迫程度的增加，根體積、根平均直徑減小;而類蘆根系總長度、根表面積、根系生物量、根冠比均比充足供水處理大;在中度干旱脅迫條件下類蘆的根系長度、根表面積、根系生物量、地上部生物量、根冠比最大。類蘆根系在環(huán)境脅迫條件下增強延伸能力、擴大與土壤接觸面積可能是其對干旱逆境的形態(tài)學(xué)響應(yīng)機制之一。
　　 (3)干旱脅迫對類蘆光合特性有較大影響。在中度和輕度干旱脅迫條件下類蘆葉綠素含量增加，葉綠素a/b比值

5、下降，葉綠素?zé)晒鈪?shù)F0、Fm、Fv提高，F(xiàn)v/Fm、Fv/F0下降。類蘆葉片的胞間CO2濃度隨干旱程度加重而逐漸增加，表現(xiàn)為上午緩慢上升、下午快速上升，16:00達(dá)到最大值。凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率日變化均表現(xiàn)為“單峰型”，為先升后降，12:00達(dá)到高峰，日均值隨干旱程度加重而逐漸下降。在中度和輕度干旱脅迫下類蘆WUE提高，重度干旱處理WUE稍有下降，說明類蘆具有較強的耐干旱能力。
　　 (4)不同干旱脅迫處理類蘆葉片的

6、生理學(xué)指標(biāo)存在明顯差異。干旱脅迫對類蘆葉片保護(hù)酶活性影響較大，供水充足處理類蘆葉片的POD、SOD和CAT活性明顯高于輕度脅迫、中度脅迫和重度脅迫處理。從葉片膜系統(tǒng)來看，干旱脅迫越嚴(yán)重，類蘆葉片的MDA含量越高，而當(dāng)水分供應(yīng)充足時，其MDA含量同樣呈升高趨勢;葉片相對電導(dǎo)率隨脅迫強度的增強逐漸增加。干旱脅迫對類蘆葉片可溶性蛋白和蘆根系分泌酸性物質(zhì)的影響表現(xiàn)為隨干旱脅迫加劇而有所降低。
　　 (5)不同P素脅迫對類蘆生物量分配格局

7、及根系形態(tài)指標(biāo)有明顯影響。中度P脅迫處理類蘆根系總長度、總表面積和總體積明顯大于其它處理，中度P脅迫有利于類蘆根長、表面積及體積的增長，但不利于根直徑生長。P素脅迫對類蘆稈、葉、根和生物積累量的影響均表現(xiàn)出隨P脅迫程度的加劇呈上升趨勢，然后逐漸下降。
　　 (6)不同N脅迫處理的類蘆根系總長度、表面積、根體積和根系生物量存在差異明顯。不同N脅迫下根長、根表面、根體積、根系生物量隨N脅迫程度增加而逐漸減小。在N素極度匱乏逆境中，類

8、蘆生長緩慢，但根系生物量分配比例比地上部分高，這可能是類蘆抵抗環(huán)境N脅迫的一種形態(tài)學(xué)機制之一。
　　 (7)不同K脅迫處理類蘆生物量分配格局及根系形態(tài)指標(biāo)存在明顯差異。不供K處理類蘆根系總長度、總表面積和總體積均明顯大于其它處理。隨供K量的減少，類蘆根系平均直徑、全株生物量呈遞減趨勢，根冠比呈增加趨勢。
　　 (8)不同P脅迫處理類蘆葉片生理學(xué)指標(biāo)存在明顯差異。P脅迫一定程度上增強了類蘆葉片保護(hù)酶活性，與正常供P處理相比

9、，P脅迫處理類蘆葉片POD、SOD和CAT活性均明顯增強(p＜0.05)，但隨P脅迫程度的加劇，各種酶活性均降低。從葉片膜系統(tǒng)來看，隨P脅迫程度加劇，類蘆葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率逐漸上升，而當(dāng)P脅迫達(dá)到一定程度時，兩者呈降低趨勢。在中度P脅迫類蘆葉片可溶性蛋白和根系分泌酸性物質(zhì)含量明顯高于其它處理。
　　 (9)N脅迫對類蘆葉片生理學(xué)指標(biāo)有明顯影響。N脅迫對類蘆葉片保護(hù)酶活性影響明顯，正常供N、輕度N脅迫、中度N脅迫處理類蘆葉

10、片POD、SOD和CAT活性逐漸增強，但隨N脅迫程度的加劇，重度N脅迫和不供N處理保護(hù)酶活性依次降低。從葉片膜系統(tǒng)來看，隨N脅迫程度的加劇，類蘆葉片MDA含量和相對電導(dǎo)率逐漸上升，而當(dāng)N脅迫達(dá)一定程度時，兩者均呈降低趨勢。重度N脅迫和中度N脅迫處理類蘆葉片可溶性蛋白和根系分泌酸性物質(zhì)含量均明顯高于其它處理(p＜0.05)。
　　 (10)不同K脅迫處理類蘆葉片生理學(xué)指標(biāo)存在明顯差異。K脅迫一定程度上可增強類蘆葉片保護(hù)酶活性，中度

11、K脅迫類蘆葉片POD、SOD和CAT活性較高，正常供K處理中各種酶活性最低，明顯低于其它K脅迫處理(p＜0.05)。從類蘆葉片膜系統(tǒng)來看，中度K脅迫處理的MDA含量最高，而葉片相對電導(dǎo)率則隨K脅迫程度的加劇呈升高趨勢。類蘆葉片可溶性蛋白和根系分泌酸性物質(zhì)含量隨K脅迫程度的加劇而表現(xiàn)出先升高后下降趨勢。
　　 綜合以上研究結(jié)果，崩崗侵蝕區(qū)先鋒植物類蘆對環(huán)境水分脅迫的響應(yīng)策略為:當(dāng)環(huán)境土壤田間持水量小于40％形成干旱脅迫時，一方面，

12、蘆類的分蘗數(shù)量增加，通過增加葉片數(shù)量與寬度、減小葉片長度，以減少土壤水分的散失速度。另一方面，干旱脅迫條件下類蘆體內(nèi)葉片胞間CO2濃度、葉綠素、MDA含量和相對電導(dǎo)率顯著增加，一定程度上提高了類蘆體內(nèi)的水分利用效率。隨干旱脅迫強度的加劇，葉片可溶性蛋白和根系分泌酸性物質(zhì)含量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，但根系生物量呈上升趨勢，根冠比不斷增加，主要通過根系表面積的擴增以及根系向外延伸，加大根系與土壤的接觸面積，增強對環(huán)境土壤水分的主動尋覓能力，以

13、維持植株正常生長對水分的需求，這可能是蘆類能在極其干旱的環(huán)境中正常生長的主要原因。
　　 類蘆對P素脅迫、N素脅迫和K素脅迫在一定程度上表現(xiàn)出相似的響應(yīng)策略，其對環(huán)境養(yǎng)分脅迫的響應(yīng)機制為:當(dāng)土壤含P量、含N量、含K量分別小于0.50mmol·L-1、3.75mmol·L-1、3.0mmol·L-1形成中度或重度養(yǎng)分脅迫時，類蘆葉片POD、SOD和CAT酶活性增強，葉片可溶性蛋白和根系分泌酸性物質(zhì)含量有所增加，類蘆稈、葉、根和全株