本文關(guān)鍵詞：黃頂菊對逆境適應(yīng)性生理學(xué)機制研究

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【摘要】：黃頂菊為近年新入侵我國的惡性外來有害植物,自2001年在河北省衡水湖首次發(fā)現(xiàn)以來,現(xiàn)已蔓延至河北省、天津市、河南省、山東省等地區(qū),僅河北省在2007年黃頂菊嚴(yán)重危害面積就達56萬hm2,其所到之處,對當(dāng)?shù)仄渌参锖娃r(nóng)作物造成嚴(yán)重影響,已對我國糧食生產(chǎn)及自然生態(tài)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅,對其進行有效控制及治理刻不容緩。黃頂菊為我國新發(fā)現(xiàn)的外來惡性入侵植物,目前對其研究甚少,尤其是缺乏對其生物學(xué)、生態(tài)學(xué)特性方面的研究,在一定程度上影響了黃頂菊的預(yù)防及控制技術(shù)的發(fā)展。本研究從黃頂菊對鄉(xiāng)土植物的競爭力、對干旱和鹽脅迫的反應(yīng)入手,探究黃頂菊入侵的生理學(xué)機制,為黃頂菊的入侵范圍預(yù)測、生態(tài)控制及其入侵地的生態(tài)修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。本研究選用黃頂菊(Flaveria bidentis(L.)Kuntze.)為實驗材料,采用聚乙二醇(PEG)模擬干旱法對其種子進行5個PEG濃度水平的脅迫處理(0、2%、5%、10%、15%),研究黃頂菊種子在PEG干旱脅迫下的萌發(fā)特性;采用盆栽控水的方法對黃頂菊進行3種土壤水分處理即:CK(土壤含水量為最大田間持水量80%,下同)、T1:輕度土壤干旱脅迫(60%)和T2重度土壤干旱脅迫(30%);7種Na Cl濃度(0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%)分別測定了不同土壤干旱和鹽脅迫下黃頂菊生理和生長指標(biāo),主要研究結(jié)果如下:雜草競爭試驗表明,黃頂菊對反枝莧和斑葉大戟的生長具有明顯抑制作用,對狗尾草和馬唐的生長量則沒有明顯抑制作用。水分脅迫影響了黃頂菊植株的形態(tài)及生物量的分配,在不同的土壤水分條件下,黃頂菊會產(chǎn)生不同的響應(yīng)。在脅迫初期,T1(最大田間持水量的60%)與T2(最大田間持水量的30%)處理對黃頂菊植株的株高、基徑、葉片數(shù)量與葉面積的影響的差異并不明顯,15d之后葉面積都受到不同程度的抑制,在干旱脅迫30d后,黃頂菊植株的株高與葉片數(shù)量均出現(xiàn)明顯差異。水分脅迫對黃頂菊的地上部分與地下部分的生長有不同程度的抑制作用,在黃頂菊的苗期與花期,不同的試驗處理對其根冠比沒有明顯影響,但是,隨著脅迫時間的增長,在黃頂菊的種子期,不同的試驗處理對其根冠比有著顯著影響,地上部分的生物量隨著水分梯度的升高而降低。在正常情況下即CK(最大田間持水量的80%)處理,黃頂菊的凈光合速率在11:30左右達到第1個峰值,為31.83μmol·m-2·s-1,在15:30時再次達到峰值。但是在不同水分梯度處理下,凈光合速率在13:30時達到的峰值分別為26.87μmol·m-2·s-1與26.22μmol·m-2·s-1,明顯低于CK處理,而兩個處理的凈光合速率則沒有明顯差異,干旱脅迫下黃頂菊凈光合速率峰值出現(xiàn)時間推遲。水分脅迫對黃頂菊氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率影響相似,均呈“單峰”曲線,從清晨7:30到上午11:30,胞間CO2濃度(Ci)降低但氣孔限制值(Ls)升高,此期間,氣孔因素是導(dǎo)致光合速率變化的主要原因。而從上午11:30到13:30之間,對照處理的Ci和Ls都穩(wěn)定不變,光合速率和氣孔導(dǎo)度同比降低,氣孔因素仍是光合速率變化的主要原因。隨著光強的增強,非氣孔因素逐漸起到主導(dǎo)作用,之后在15:30時,Ci降到最低點,Ls達到高峰,光合速率降低。水分脅迫使黃頂菊葉片含水率下降,葉片的保水能力和抗脫水能力增強。干旱脅迫下,黃頂菊苗期,花期和種子期的CAT、SOD、POD三種酶均發(fā)生變化,黃頂菊不同時期受干旱脅迫SOD、POD酶活性變化不明顯,而CAT活性變化較為明顯,隨著水分脅迫程度的增加,則通過提高SOD、POD活性,來降低水分脅迫所造成的傷害。在黃頂菊花期,其細(xì)胞內(nèi)的保護酶活性變化跟苗期大體類似,T1與T2處理組SOD的活性均有所提高,和CAT共同參與自由基清除活動。到了種子時期,這三種保護酶的活性均呈下降趨勢。在持續(xù)干旱脅迫下,處理組的SOD活性逐漸提高,在脅迫第9d,活性達到最大。在復(fù)水后,其活性又開始下降。而POD的活性變化與SOD的活性變化相反,脅迫處理后,黃頂菊的葉片中的CAT活性無顯著變化,到第5d時則快速升高,到第7d時達到最大值,然后開始下降,在復(fù)水后,其活性仍未顯著提高。干旱脅迫下,黃頂菊在不同時期,不同水分梯度下,滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)變化不同,脯氨酸在花期和種子期含量上升,而可溶性糖和可溶性蛋白含量受干旱脅迫影響不大。持續(xù)干旱條件下,黃頂菊體內(nèi)脯氨酸的含量第9d時達最高,可溶性糖的含量在第7d時達最大,可溶性蛋白的含量基本穩(wěn)定。Na Cl脅迫下,黃頂菊的株高和生物量明顯下降。高濃度Na Cl處理明顯抑制了黃頂菊的生長,Na Cl濃度為0.4%為致死濃度。Na Cl處理后的黃頂菊,細(xì)胞膜透性增大,MDA含量出現(xiàn)了先升高后降低再升高的趨勢,不同的時間段鹽脅迫間有著明顯差異,在處理12~15d時,0.4%及以上的濃度處理的黃頂菊的細(xì)胞膜透性均0.5。Na Cl處理黃頂菊后的12d內(nèi),其葉片中POD、SOD、CAT的活性都高于CK處理。隨著時間的延長,3種酶的活性均呈先升高后降低的趨勢,隨著脅迫時間的增加,POD、SOD、CAT的活性都大幅下降。黃頂菊在受到Na Cl脅迫后,其葉片中SOD的活性明顯升高,在處理的第9d其活性達到最大值,不同濃度的Na Cl處理導(dǎo)致葉片中SOD的活性不同,在6~9d時,濃度為0.3%~0.5%的Na Cl處理的葉片中的SOD活性最高,第12d時,濃度為0.3%Na Cl處理的葉片的SOD活性最高,明顯高于其他的處理(P0.5)。在Na Cl處理后,第3~6d時,黃頂菊葉片中的POD的活性一直是上升的,用濃度為0.4%的Na Cl處理的葉片中的POD活性顯著高于其他的處理(P0.5),是CK處理的157.06%。CAT的活性在受到Na Cl處理后,其含量明顯升高,后逐步降低,至處理后第15d時降至最低,其變化趨勢與POD對應(yīng)。處理后第3~6d時,葉片中CAT的活性增高,濃度為0.4%的Na Cl處理的葉片中的CAT活性顯著高于其他的處理(P0.5),是對照的207.99%。Na Cl脅迫下,黃頂菊葉片中的可溶性糖含量呈升高-降低-升高-降低的趨勢。并且,Na Cl濃度越高,在處理后第1d黃頂菊葉片中可溶性糖的含量就會越高,葉片中的可溶性糖會在高濃度下表現(xiàn)出很強的應(yīng)激性,因此,可以將可溶性糖視作抗鹽脅迫的應(yīng)激物質(zhì)。在處理后第2d時,各濃度處理下黃頂菊葉片中可溶性糖的含量有所下降,在第3d時達到峰值,而在第4d與第5d時,總體呈下降趨勢。從其葉片中可溶性糖含量的變化規(guī)律可以看出,0.4%的Na Cl是其致死性滲透脅迫。黃頂菊葉片中的可溶性蛋白質(zhì)在鹽分脅迫下呈升高-降低-升高的趨勢。在處理后的第2d,其葉片中的可溶性蛋白質(zhì)略有升高,但在第3~4d則有明顯下降,到第5d時,其葉片中可溶性蛋白質(zhì)的含量升高并達到頂峰。在鹽脅迫后第1~3 d的時候,其葉片中脯氨酸的含量有所上升,在第4d時則有大幅下降的趨勢,在第5d時又略有上升,黃頂菊葉片中脯氨酸的含量會隨Na Cl濃度的升高而有所升高,其中,濃度0.6%的處理的脯氨酸含量是0.5%處理的2.5倍。鹽脅迫下,對照和Na Cl濃度在0.3%以下,黃頂菊可以正常進行光合作用,Na Cl濃度超過0.4%則光合作用受到抑制。黃頂菊地上部分對Na Cl脅迫比較敏感,地下部分受Na Cl脅迫影響較小。在重鹽堿地區(qū)黃頂菊入侵可能性較低。
【關(guān)鍵詞】：黃頂菊 抗逆性 雜草競爭 干旱脅迫 鹽脅迫
【學(xué)位授予單位】：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S45
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 引言12-29
• 1.1 外來植物入侵研究12-15
• 1.1.1 外來植物入侵的概念12
• 1.1.2 外來植物入侵的危害12-13
• 1.1.3 外來生物入侵途徑13-14
• 1.1.4 外來植物入侵的過程14-15
• 1.1.5 外來入侵植物防治方法15
• 1.1.6 外來植物研究的發(fā)展趨勢與未來研究重點15
• 1.2 黃頂菊的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 形態(tài)特征及生物學(xué)特性15-16
• 1.2.2 分布擴散趨勢16-17
• 1.2.3 黃頂菊的危害17
• 1.2.4 黃頂菊研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 植物對逆境的適應(yīng)性19-21
• 1.3.1 逆境的概念19-20
• 1.3.2 植物對逆境的適應(yīng)性20-21
• 1.4 植物干旱脅迫研究進展21-24
• 1.4.1 干旱脅迫對植物生長及形態(tài)建成的影響21
• 1.4.2 干旱脅迫對活性氧平衡的影響21-22
• 1.4.3 干旱脅迫對植物滲透調(diào)節(jié)的影響22
• 1.4.4 干旱脅迫對植物丙二醛含量及質(zhì)膜透性的影響22
• 1.4.5 干旱脅迫對植物水分生理特性的影響22
• 1.4.6 干旱脅迫對植物光合生理特性的影響22-23
• 1.4.7 抗旱性綜合評定指標(biāo)23-24
• 1.5 鹽分脅迫對植物的影響24-29
• 1.5.1 鹽分脅迫對植物生長及形態(tài)建成的影響24
• 1.5.2 鹽分脅迫對植物生理生化特性的影響24-26
• 1.5.3 鹽分脅迫對植物光合生理特性的影響26-27
• 1.5.4 鹽分脅迫對離子影響27-29
• 2 材料與方法29-39
• 2.1 黃頂菊與當(dāng)?shù)仉s草競爭試驗29-30
• 2.1.1 試驗材料29
• 2.1.2 試驗地概況29
• 2.1.3 材料及處理29
• 2.1.4 試驗方法29-30
• 2.2 黃頂菊耐干旱試驗30-34
• 2.2.1 試驗內(nèi)容30-31
• 2.2.2 測定方法31-34
• 2.3 黃頂菊耐鹽試驗34-39
• 2.3.1 實驗內(nèi)容34
• 2.3.2 測定方法34-39
• 3 結(jié)果與分析39-81
• 3.1 黃頂菊對當(dāng)?shù)仉s草的影響39-46
• 3.1.1 不同雜草的生長狀況39-41
• 3.1.2 植物生長量分析41-43
• 3.1.3 植物生物量分析43-46
• 3.2 黃頂菊對干旱逆境的適應(yīng)性46-62
• 3.2.1 黃頂菊種子萌發(fā)及幼苗生長對PEG模擬干旱脅迫的適應(yīng)性46-47
• 3.2.2 水分脅迫對黃頂菊的形態(tài)學(xué)建成的影響47-51
• 3.2.3 不同土壤水分脅迫下黃頂菊的光合特性日動態(tài)變化51-54
• 3.2.4 水分脅迫對黃頂菊的水分生理特性影響54-56
• 3.2.5 在水分脅迫下不同生長時期的黃頂菊的生化反應(yīng)56-58
• 3.2.6 短時期水分脅迫下黃頂菊的生化反應(yīng)58-61
• 3.2.7 黃頂菊的干旱萎蔫極限61-62
• 3.3 黃頂菊對鹽分逆境的適應(yīng)性62-81
• 3.3.1 Na Cl脅迫對黃頂菊生長的影響62-63
• 3.3.2 Na Cl脅迫對黃頂菊細(xì)胞膜的影響63
• 3.3.3 Na Cl脅迫對葉片抗氧化酶的影響63-64
• 3.3.4 Na Cl脅迫對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響64-65
• 3.3.5 Na Cl對黃頂菊光合作用的影響65-70
• 3.3.6 Na Cl對黃頂菊光合色素的影響70-73
• 3.3.7 Na Cl對黃頂菊葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/span>73-77
• 3.3.8 Na Cl 對黃頂菊離子含量的影響77-81
• 4 結(jié)論與討論81-84
• 4.1 結(jié)論81
• 4.2 討論81-84
• 4.2.1 黃頂菊和其他雜草競爭81-82
• 4.2.2 干旱對黃頂菊的影響82
• 4.2.3 鹽分對黃頂菊的影響82-84
• 參考文獻84-95
• 發(fā)表論文情況95-96
• 作者簡介96-97
• 致謝97-98

【參考文獻】

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