白三叶对干旱胁迫的适应性研究

论文摘要

当前,环境恶化严重威胁人类的生存与发展,干旱是世界危害最为严重的灾害之一。近几年来由于园林绿化事业被日益重视,白三叶在园林绿化和水土保持方面起到越来越大的作用。白三叶根系不发达,对干旱胁迫很敏感。本项目以不同品种白三叶为供试植物,采用植物生态、生理及生物化学方法,研究白三叶对干旱胁迫的反应及反应的品种间差异,研究成果可为我国干旱半干旱地区人工草场建造、城市园林绿化以及恢复与重建退化生态系统提供理论依据和科学指导,也可为将来抗旱植物的培育与筛选提供理论参考。主要研究结果如下:1品比试验收集原产地不同的白三叶12个品种进行盆栽对比试验,观察其生长状况和耐旱情况。结果表明,不同品种白三叶的农艺性状有较大差异,其耐旱能力也各不相同,其中,‘碧盛’、‘草地胡以阿’、‘纳努克’、‘考拉’、‘海发’、‘拉丁诺’、‘百霸’的耐旱能力较强,‘缪克罗文’、‘盖达尔夫’、‘萨克雷门特’、‘泰坦’、‘瑞文德’的耐旱能力较差。从农艺性状方面来看,‘海发’、‘百霸’、‘考拉’、‘拉丁诺’、‘纳努克’、‘瑞文德’较适合于园林栽培。2不同强度干旱胁迫对白三叶叶片光合作用和叶绿素荧光参数日变化的影响以品种‘海发’为试材,研究了不同强度干旱胁迫对白三叶叶片光合作用和叶绿素荧光参数日变化的影响。结果表明,土壤相对含水量为75%和50%时,白三叶的光合参数日变化呈双峰趋势,叶绿素荧光参数受到的影响不大,说明白三叶在这两种水分条件下能够正常生长;土壤相对含水量为25%时,PSⅡ反应中心遭到破坏,原初光能转化效率（Fv/Fm）、PSⅡ电子传递量子产量（φPSⅡ）和光化学猝灭系数降低;净光合速率、蒸腾速率下降明显,日变化曲线表现为单峰特征;气孔导度显著降低,而胞间CO2浓度升高,非气孔限制成为Pn下降的主要原因;说明白三叶在重度干旱（HD）条件下,生理机能遭到破坏,不能正常生长。3白三叶光合特性和根系空间分布对土壤水分梯度的动态响应通过对两个品种白三叶‘海发’和‘瑞文德’盆栽试验,模拟3种不同的土壤水分状况（无水分胁迫:保持植株良好的水分供应;轻度胁迫:表层0cm～20cm土壤处于干旱状态;重度胁迫:表层0cm～20cm土壤处于极干旱状态,20cm～40cm土壤处于干旱状态）对白三叶光合作用和根系生长的影响。结果表明,当植株未遭受水分胁迫时,两个品种白三叶的光合作用和根系生长状况没有明显差异;当表层0cm～20cm处于干旱状态时,‘海发’在处理后期的净光合速率和水分利用效率高于对照,根系生长量增大,表现出适宜性调节作用,‘瑞文德’受到的影响不显著;当表层0cm～20cm处于极干旱、20cm～40cm处于干旱状态时,‘海发’在处理前期受到轻微影响,随后恢复正常状态,‘瑞文德’则受到较严重的影响。随着干旱程度的加深和时间的延长,白三叶的根冠比逐渐增大。与‘瑞文德’相比,在相同时期相同胁迫程度下,‘海发’的根冠比没有显著差异,但深根数量大大超过‘瑞文德’,因而,‘海发’的耐旱能力强于‘瑞文德’。4持续干旱对白三叶渗调物质积累和水分利用的影响土壤水分变化首先影响到生物量在植物不同器官的分配,即累积性的CO2净同化产物的分配,白三叶能够通过提高匍匐茎、根系的干物质分配比例来规避干旱。同时,在干旱胁迫发生时,植株内可溶性糖含量、脯氨酸含量都大幅度增加。抗旱品种通过增加可溶性糖、脯氨酸含量提高渗透势的能力显著大于不抗旱品种。在水分胁迫发生时,白三叶叶片相对含水量不断下降,甚至干枯或死亡;土壤水分变化还影响到白三叶根系在土壤中的生长状况,使不同层次土壤中的根量和根活力发生改变,从而改变了白三叶的吸水状况,抗旱性较强的品种通过增加深根数量提高对深层土壤水分的吸收能力显著大于抗旱性较差的品种。5白三叶抗氧化清除系统对干旱胁迫的响应在轻度水分胁迫下,白三叶幼苗可以通过提高酶活性来清除因胁迫产生的过量活性氧,减少氧化胁迫伤害,使MDA含量、膜透性降低。耐旱性不同的品种间差异不显著;在重度胁迫下,抗旱性差的品种酶活性在胁迫初期有一定程度的提高,但提高的幅度不足以维持活性氧产生与清除之间的平衡,使植株产生氧化伤害,最终导致酶活性下降。而抗旱性强的品种酶活性提高的幅度能够维持这种平衡,使植株在一定程度上避免了伤害。在干旱胁迫下,抗旱品种利用ASC、MDHAR、ASPX、SOD等的调节能力较不抗旱品种强,这表明在不同干旱时期白三叶体内起主要作用的抗氧化物质不同。6干旱胁迫下白三叶的激素调节在轻度干旱胁迫下,白三叶叶片、根系中的ABA含量都显著升高。在重度胁迫下,‘海发’和‘瑞文德’根系中的ABA含量都迅速升高,而在叶片中,‘瑞文德’的ABA含量升高后有迅速下降。干旱条件下,两种白三叶叶片内的CTK含量均下降,根系中CTK的表现则相反。轻度干旱胁迫条件下,‘海发’叶片和根系中的IAA含量均呈上升的趋势,而根系上升的幅度更大。‘瑞文德’根系中的IAA含量也上升,但上升幅度较小。在重度胁迫下,‘海发’叶片中的IAA含量前期上升,随后开始下降,而根系中的IAA含量始终保持上升趋势。‘瑞文德’叶片中IAA含量迅速上升,但很快即开始下降,根系中的IAA含量始终保持上升趋势。在轻度胁迫下,白三叶‘海发’叶片内的GA含量在胁迫期间变化不明显;在重度胁迫下,仅在胁迫后期有小幅升高。‘瑞文德’叶片中GA含量在轻度胁迫时缓慢升高,在重度胁迫时小幅升高后又表现为缓慢下降的趋势。在根系中,‘海发’GA含量随着胁迫时间的延长小幅上升,而‘瑞文德’在轻度胁迫时变化不明显,在重度胁迫时表现为下降的特征。干旱胁迫下四种激素之间协调的总趋势是向着气孔关闭,促进根系发展的方向进行,但不同抗旱强度的白三叶其内源激素的调节机制有区别。7渗透胁迫对白三叶幼苗根系离子分泌和质膜ATP酶活性的影响用PEG-6000渗透胁迫处理,白三叶根系质膜透性升高,抗旱品种‘海发’增幅小于不抗旱品种‘瑞文德’。根系分泌物中K+、Ca2+、H+的含量变化与根系质膜透性的变化呈显著正相关。水分胁迫早期,白三叶根系PM H+-ATPase活性升高,胁迫时间延长,不抗旱品种‘瑞文德’的PM H+-ATPase酶活性下降,但抗旱品种‘海发’的酶活性一直较高。PM Ca2+-ATPase酶的活性与PM H+-ATPase酶表现一致。说明PM Ca2+-ATPase酶和PM H+-ATPase酶活性与白三叶的抗旱性有关。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 前言
• 第一章研究进展
• 1 植物水分胁迫研究进展
• 1.1 水分胁迫对植物形态特征的影响
• 1.1.1 对叶的影响
• 1.1.2 对根的影响
• 1.1.3 对分枝的影响
• 1.1.4 对生物量分配的影响
• 1.1.5 对产量的影响
• 1.2 水分胁迫对植物的生理生态影响与植物的适应性
• 1.2.1 气孔
• 1.2.2 光合作用
• 1.2.3 呼吸作用
• 1.2.4 蒸腾作用
• 1.2.5 膜透性
• 1.2.6 渗透调节及渗透调节物质
• 1.2.7 氮代谢
• 1.2.8 碳水化合物代谢
• 1.2.9 叶绿素
• 1.2.10 内源激素的变化
• 1.2.11 多胺代谢
• 1.2.12 酶活性
• 2 白三叶研究现状
• 2.1 概述
• 2.2 白三叶特性
• 2.3 白三叶栽培要点
• 2.4 白三叶研究现状
• 2.4.1 种子
• 2.4.1.1 种子生产
• 2.4.1.2 种子研究
• 2.4.2 栽培管理
• 2.4.3 生理生态
• 2.4.4 分子生物学研究
• 第二章 白三叶品比试验
• 1 材料与方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验方法
• 1.3 测定与观察项目
• 2 结果与分析
• 2.1 农艺性状统计与观察
• 2.2 干旱胁迫对不同品种白三叶叶片生长的影响
• 2.3 复水对干旱胁迫后白三叶植株成活的影响
• 3 小结
• 第三章 干旱胁迫对白三叶叶片光合作用和叶绿素荧光参数日变化的影响
• 1 材料和方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验处理
• 1.3 测定项目和方法
• 1.3.1 叶绿素含量的测定
• 1.3.2 光合参数的测定
• 1.3.3 叶绿素荧光参数的测定
• 2 结果和分析
• 2.1 水分胁迫对白三叶叶片叶绿素含量的影响
• 2.2 水分胁迫对白三叶光合生理指标的影响
• 2.2.1 水分胁迫对白三叶叶片净光合速率和蒸腾速率的影响
• 2.2.2 水分胁迫对白三叶叶片气孔导度和胞间C02浓度的影响
• 2.3 水分胁迫对白三叶叶片叶绿素荧光参数的影响
• 2.3.1 对Fo 和Fv/Fm 的影响
• 2.3.2 对PSⅡ电子传递量子产量（ΦPSⅡ）和光化学猝灭系数（qP）的影响
• 2.3.3 对光化学猝灭系数（qN）的影响
• 3 小结
• 第四章 白三叶光合特性和根系空间分布对土壤水分梯度的动态响应
• 1 材料和方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验处理
• 1.3 测定项目和方法
• 2 结果和分析
• 2.1 土壤水分梯度对白三叶光合作用的影响
• 2.1.1 土壤水分梯度对白三叶叶片净光合速率和呼吸速率的影响
• 2.1.2 土壤水分梯度对白三叶叶片蒸腾速率和水分利用效率的影响
• 2.1.3 土壤水分梯度对白三叶叶片气孔导度和胞间C02浓度的影响
• 2.2 土壤水分梯度对白三叶根系分布的影响
• 2.3 土壤水分梯度对白三叶根冠比的影响
• 3 小结
• 第五章 持续干旱对白三叶渗调物质积累和水分利用能力的影响
• 1 材料和方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 植株培养
• 1.3 试验处理
• 1.4 测定项目和方法
• 1.4.1 叶片相对含水量的测定
• 1.4.2 叶片水势（ψｗ）的测定
• 1.4.3 束缚水和自由水的测定
• 1.4.4 光合产物的测定
• 1.4.5 可溶性糖、淀粉含量的测定
• 1.4.6 脯氨酸含量的测定
• 1.4.7 根长密度的测定
• 1.4.8 根活力的测定
• 1.4.9 土壤含水量的测定
• 1.5 数据分析
• 2 结果与分析
• 2.1 持续干旱对白三叶叶片相对含水量的影响
• 2.2 持续干旱对白三叶叶片水势的影响
• 2.3 持续干旱对白三叶叶片束缚水和自由水的影响
• 2.4 持续干旱对白三叶干物质分配的影响
• 2.5 持续干旱对白三叶叶片碳水化合物的影响
• 2.6 持续干旱对白三叶叶片游离脯氨酸含量的影响
• 2.7 持续干旱对白三叶根系生长的影响
• 2.8 对根活力的影响
• 2.9 对土壤水分含量的影响
• 3 小结
• 第六章白三叶抗氧化清除系统对干旱胁迫的响应
• 1 材料和方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 植株培养
• 1.3 试验处理
• 1.4 测定项目与方法
• 1.4.1 相对电导率的测定
• 2O₂ 含量按 Muklherje 的方法测定'>1.4.2 H₂O₂ 含量按 Muklherje 的方法测定
• 1.4.3 MDA 含量的测定
• 1.4.4 抗坏血酸的测定
• 1.4.5 抗氧化酶的测定
• 1.4.5.1 可溶性蛋白的提取
• 1.4.5.2 蛋白质浓度的测定
• 1.4.5.3 DHAR（脱氢抗坏血酸还原酶）的测定
• 1.4.5.4 MDHAR（单脱氢抗坏血酸还原酶）的测定
• 1.4.5.5 APX（抗坏血酸过氧化物酶）测定
• 1.4.5.6 SOD 含量的测定
• 1.5 数据分析方法
• 2 结果与分析
• 2.1 干旱胁迫对白三叶叶片膜相对透性的影响
• 2O₂含量的影响'>2.2 干旱胁迫对白三叶叶片H₂O₂含量的影响
• 2.3 干旱胁迫对白三叶叶片MDA 含量的影响
• 2.4 干旱胁迫对白三叶叶片GSH 含量的影响
• 2.5 干旱胁迫对白三叶叶片抗坏血酸含量的影响
• 2.6 干旱胁迫对白三叶叶片抗氧化酶活性的影响
• 2.6.1 干旱胁迫对白三叶叶片可溶性蛋白含量的影响
• 2.6.2 干旱胁迫对白三叶叶片MDHAR 和DHAR 活性的影
• 2.6.3 干旱胁迫对白三叶叶片ASPX（抗坏血酸过氧化物酶）活性的影响
• 2.6.4 干旱胁迫对白三叶叶片SOD 活性的影响
• 2.6.5 干旱胁迫对白三叶叶片POD 活性的影响
• 2.7 相对电导率、活性氧释放、丙二醛含量之间的相关性分析
• 3 小结
• 第七章干旱胁迫下白三叶的激素调节
• 1 材料和方法
• 1.1 试验材料
• 1.2 试验处理
• 1.3 激素的提取和测定
• 1.3.1 样品中激素的提取
• 1.3.2 激素的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 干旱胁迫对ABA 含量的影响
• 2.2 干旱胁迫对CTK 含量的影响
• 2.3 干旱胁迫对IAA 含量的影响
• 2.4 干旱胁迫对GA 含量的影响
• 2.5 激素含量比值的变化
• 3 小结
• 第八章PEG 胁迫对白三叶幼苗根系离子分泌和质膜ATP 酶活性的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 1.2.1 根系质膜相对透性的测定
• +、Ca²⁺、H⁺含量的测定'>1.2.2 根系分泌物中K⁺、Ca²⁺、H⁺含量的测定
• 1.2.3 根系细胞质膜的分离纯化
• +-ATPase 的活性的测定'>1.2.4 PM H⁺-ATPase 的活性的测定
• 2+-ATPase 活性的测定'>1.2.5 PM Ca²⁺-ATPase 活性的测定
• 2 结果与分析
• 2.1 PEG 胁迫对白三叶根系质膜相对透性的影响
• 2.2 PEG 胁迫对白三叶根系分泌物中离子含量的影响
• +-ATPase 活性的响'>2.3 PEG 胁迫对白三叶根系中PM H⁺-ATPase 活性的响
• 3 小结
• 讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读博士期间发表论文情况