干旱与复水对喀斯特地区红背山麻杆生长及叶绿素荧光动力学参数的影响.pdf
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1、西北植物学报,2 0 2 3,4 3(9):1 5 3 7-1 5 4 6A c t a B o t.B o r e a l.-O c c i d e n t.S i n.d o i:1 0.7 6 0 6/j.i s s n.1 0 0 0-4 0 2 5.2 0 2 3.0 9.1 5 3 7 h t t p:/x b z w x b.a l l j o u r n a l.n e t收稿日期:2 0 2 3-0 1-0 3;修改稿收到日期:2 0 2 3-0 8-2 9基金项目:国家自然科学基金项目(3 1 8 0 0 2 0 5);广西自然科学基金项目(2 0 1 9 J J A 1
2、3 0 0 6 9);广西中青年教师科研基础能 力提升项目(2 0 2 0 KY 1 4 0 1 8);广西大学生创新创业训练项目(S 2 0 2 3 1 0 6 0 6 1 2 0);广西壮族自治区林业局项目(桂林科字2 0 2 1 第3 4号)作者简介:赵 英(1 9 8 2-),女,副教授,硕士,主要从事植物生理生化研究。E-m a i l:z h a o y i n g y l u.e d u.c n*通信作者:朱宇林,教授,博士,主要从事森林生理生态研究。E-m a i l:3 7 8 4 8 6 6 0 8q q.c o m干旱与复水对喀斯特地区红背山麻杆生长及叶绿素荧光动力学参数
3、的影响赵 英1,吴 敏1,叶晓霞1,任 琪1,邓 平1,朱宇林1,2*(1 广西玉林师范学院,广西玉林 5 3 7 0 0 0;2 广西农业职业技术大学,南宁 5 3 0 0 0 0)摘 要:为了探讨红背山麻杆对喀斯特地区干旱环境的生理适应机制,以一年生红背山麻杆扦插苗为试验材料,采用自然干旱法,对轻度(干旱1 4 d)、中度(干旱2 8 d)和重度(干旱4 2 d)干旱胁迫及复水处理的红背山麻杆扦插苗生长、光合色素含量及荧光参数进行测定和分析。结果表明,(1)随干旱胁迫时间的延长,红背山麻杆扦插苗叶片相对含水量显著降低,株高和基径增长缓慢,复水后的叶片相对含水量显著增加,而株高和基径无明显变
4、化;(2)随干旱胁迫时间的延长,扦插苗叶片叶绿素a(C h l a)、叶绿素b(C h l b)、叶绿素C h l(a+b)含量及C h l a/b先增加后降低,并在不同程度干旱胁迫及复水后均显著高于对照(C K),轻度和中度干旱胁迫复水后高于对照,重度干旱胁迫复水后也能恢复至对照水平。(3)随干旱胁迫加剧,扦插苗叶片荧光参数Fo显著增加,Fm、Fv/Fo、Fv/Fm逐渐减小,代表单位反应中心活性的参数Ab s/Rc、Tr o/Rc、Et o/Rc显著增加,代表受体侧电子传递活性的参数p o、o、E o下降,表示热耗散的参数Di o/Rc急剧增加。不同干旱胁迫复水后,Fo、Ab s/Rc、Tr
5、 o/Rc、Et o/Rc、Di o/Rc、D o比干旱胁迫处理降低,Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、p o、o、E o适度恢复,Fm还能恢复到C K水平,而o、E o均未恢复到C K水平。可见,红背山麻杆幼苗生长受轻度和中度干旱胁迫影响较小,而受重度干旱胁迫影响较大;叶片光合色素含量及比值在干旱胁迫后显著增加;重度干旱胁迫导致P S 反应中心失活,电子传递受阻,热能耗散增加;但他们在水分环境条件改善时仍可在一定程度上恢复,红背山麻杆具有强的抗旱性和较高的旱后恢复能力,可作为喀斯特地区植被恢复过程中的先锋物种。关键词:红背山麻杆;干旱和复水;生长;叶绿素荧光参数中图分类号:Q 9 4 5文献标志
6、码:AG r o w t h a n d C h l o r o p h y l l F l u o r e s c e n c e K i n e t i c s P a r a m e t e r s o f A l c h o r n e a t r e w i o i d e s u n d e r D r o u g h t a n d R e-w a t e r i n g i n K a r s t A r e a sZ HAO Y i n g1,WU M i n1,Y E X i a o x i a1,R E N Q i1,D E NG P i n g1,Z HU Y u l
7、i n1,2*(1 Y u l i n N o r m a l U n i v e r s i t y,Y u l i n,G u a n g x i 5 3 7 0 0 0,C h i n a;2 G u a n g x i A g r i c u l t u r a l V o c a t i o n a l U n i v e r s i t y,N a n n i n g 5 3 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e r t o e x p l o r e t h e p h y s i o l o g i c a l a d a
8、p t a t i o n m e c h a n i s m o f A l c h o r n e a t r e w i o i d e s t o t h e a r i d e n v i r o n m e n t o f K a r s t a r e a,w e m e a s u r e d a n d a n a l y z e d t h e g r o w t h,p h o t o s y n t h e t i c p i g m e n t s a n d f l u o r e s-c e n c e p a r a m e t e r s o f o n e-
9、y e a r-o l d c u t t i n g s e e d l i n g s o f A.t r e w i o i d e s u n d e r l i g h t d r o u g h t s t r e s s(1 4 d),m o d e r a t e d r o u g h t s t r e s s(2 8 d),s e v e r e d r o u g h t s t r e s s(4 2 d)a n d r e-w a t e r i n g c o n d i t i o n s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h
10、a t,(1)w i t h t h e p r o l o n g a t i o n o f d r o u g h t s t r e s s t i m e,t h e r e l a t i v e w a t e r c o n t e n t i n l e a v e s d e-c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y,a n d t h e p l a n t h e i g h t a n d b a s a l d i a m e t e r i n c r e a s e d s l o w l y.A f t e r r e-w
11、 a t e r i n g,t h e r e l-a t i v e w a t e r c o n t e n t i n l e a v e s i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y,w h i l e t h e p l a n t h e i g h t a n d b a s a l d i a m e t e r d i d n o t c h a n g e s i g n i f i c a n t l y.(2)W i t h t h e e x t e n s i o n o f d r o u g h t s t r
12、e s s t i m e,t h e c o n t e n t s o f c h l o r o p h y l l a(C h l a),c h l o r o p h y l l b(C h l b),c h l o r o p h y l l C h l(a+b)a n d C h l a/b r a t i o i n t h e l e a v e s o f c u t t i n g s e e d l i n g s i n-c r e a s e d f i r s t a n d t h e n d e c r e a s e d,a n d w e r e s i
13、g n i f i c a n t l y h i g h e r t h a n t h o s e i n t h e c o n t r o l(C K)a f t e r d i f f e r-e n t d e g r e e s o f d r o u g h t s t r e s s a n d r e w a t e r i n g.A f t e r r e w a t e r i n g u n d e r m i l d a n d m o d e r a t e d r o u g h t s t r e s s,t h e c o n t e n t s C h
14、l a,C h l b,C h l(a+b)a n d C h l a/b r a t i o i n t h e l e a v e s o f c u t t i n g s e e d l i n g s w e r e h i g h e r t h a n t h o s e o f t h e c o n t r o l,a n d t h e y c o u l d b e r e s t o r e d t o t h e c o n t r o l l e v e l a f t e r r e w a t e r i n g u n d e r s e v e r e d
15、r o u g h t s t r e s s.(3)W i t h t h e a g g r a v a t i o n o f d r o u g h t s t r e s s,t h e f l u o r e s c e n c e p a r a m e t e r Fo o f c u t t i n g s e e d l i n g s i n-c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y,Fm,Fv/Fo a n d Fv/Fm d e c r e a s e d g r a d u a l l y,t h e p a r a m e t
16、 e r s Ab s/Rc,Tr o/Rc a n d Et o/Rc r e p r e s e n t i n g t h e a c t i v i t y o f u n i t r e a c t i o n c e n t e r i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y,t h e p a r a m e t e r s p o,o a n d E o r e p r e s e n t i n g t h e e l e c t r o n t r a n s p o r t a c t i v i t y o f r e c e
17、 p t o r s i d e d e c r e a s e d,a n d t h e p a r a m e t e r Di o/Rc r e p r e-s e n t i n g h e a t d i s s i p a t i o n i n c r e a s e d s h a r p l y.R e w a t e r i n g a f t e r d i f f e r e n t d r o u g h t s t r e s s t r e a t m e n t s,Fo,Ab s/Rc,Tr o/Rc,Et o/Rc,Di o/Rc,Do w e r e l
18、 o w e r t h a n t h o s e u n d e r d r o u g h t s t r e s s,Fm,Fv/Fo,Fv/Fm,p o,o a n d E o w e r e m o d e r a t e l y r e s t o r e d,Fm c o u l d r e t u r n t o C K l e v e l,w h i l e o a n d E o d i d n o t r e t u r n t o C K l e v e l.I t c a n b e s e e n t h a t t h e g r o w t h o f A.t
19、 r e w i o i d e s s e e d l i n g s w a s l e s s a f f e c t e d b y m i l d a n d m o d-e r a t e d r o u g h t s t r e s s,b u t m o r e a f f e c t e d b y s e v e r e d r o u g h t s t r e s s.T h e c o n t e n t s a n d r a t i o o f p h o t o s y n t h e t i c p i g m e n t s i n l e a v e s
20、 i n c r e a s e d s i g n i f i c a n t l y a f t e r d r o u g h t s t r e s s.T h e P S r e a c t i o n c e n t e r w a s i n a c t i v a t e d,t h e e l e c t r o n t r a n s f e r w a s b l o c k e d,a n d t h e h e a t d i s s i p a t i o n i n c r e a s e d u n d e r s e v e r e d r o u g h t
21、 s t r e s s.H o w e v-e r,t h e y c o u l d s t i l l b e r e s t o r e d t o a c e r t a i n e x t e n t w h e n t h e w a t e r e n v i r o n m e n t c o n d i t i o n s w e r e i m p r o v e d.T h e r e f o r e,t h e A.t r e w i o i d e s h a s s t r o n g d r o u g h t r e s i s t a n c e a n d
22、 h i g h p o s t-d r o u g h t r e c o v e r y a b i l i t y,a n d c a n b e u s e d a s a p i o n e e r s p e c i e s i n t h e p r o c e s s o f v e g e t a t i o n r e s t o r a t i o n i n K a r s t a r e a s.K e y w o r d s:A l c h o r n e a t r e w i o i d e s;d r o u g h t a n d r e-w a t e r
23、 i n g;g r o w t h;c h l o r o p h y l l f l u o r e s c e n c e p a r a m e t e r 喀斯特地貌是指可溶性岩石在水和大气C O2参与情况下,将可溶性岩石剥蚀搬运、沉积形成的独特地貌1。中国是世界上喀斯特分布面积最大的国家,喀斯特地区也是中国四大生态环境脆弱区之一,普遍具有生境基岩裸露、土体浅薄、水分下渗严重、生境保水性差、基质以及土壤和水等环境富钙的生态特征,独特的地貌特征导致喀斯特地区干旱频发,频发的干旱胁迫对当地的植物生长造成了严重的影响2。因此,开展喀斯特地区植物抗旱机理研究,提高植物抗旱性,筛选出抗旱性强、
24、适应频繁干旱的喀斯特地区特殊生境条件的植物,对于植被恢复和生态环境修复具有重要意义。光合作用是植物重要的生理过程,受干旱胁迫影响较大,正常情况下植物叶片叶绿素吸收的太阳光主要用于叶绿素荧光发射、热耗散及光合电子传递,光合作用和热耗散都会引起叶绿素荧光参数变化3,因此叶绿素荧光参数常作为植物在干旱、低温及强光等环境胁迫条件下抗逆变化的重要指标。研究表明,随干旱胁迫的加剧,侧柏P l a t y c l a d u s o r i-e n t a l i s(L.)F r a n c o 幼苗P S的最大光化学量子产量(Fv/Fm)、相对光合电子传递速率(E T R)和实际光化学量子产量(P S)
25、均呈下降趋势,而非光化学淬灭系数(N P Q)呈上升趋势4;随干旱胁迫时间的延长,射干B e l a m c a n d a c h i n e n s i s(L.)R e d o u t 的Fv/Fm、光化学淬灭系数(qP)、E T R在轻度干旱胁迫下缓慢下降,相对叶绿素含量S P A D值、光合参数、叶绿素荧光参数均得到不同程度的恢复,但仍小于对照5;干旱胁迫后玉米幼苗叶片叶绿素荧光参数Fv、Fv/Fm、P S和qP不断减小,且随干旱胁迫严重程度减小而增加6;干旱胁迫使连翘(F o r s y t h-i a s u s p e n s a)7 及 何 首 乌(P o l y g o n
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