盐碱土改良工程植物——星星草抗盐碱生理生态学机制研究

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利用光学显微镜和扫描电镜,透射电镜技术观察了星星草幼苗营养器官根、叶和叶肉细胞的显微和超微结构。结果表明,受外界生态因素的影响,星星草演化出各种各样的形态结构来适应所生长的盐碱生态环境。  利用扫描电镜和X射线电子探针技术研究了星星草(Puccinelliatenuiflora)的叶表皮及其与生境高盐干旱的关系。结果表明星星草可以通过气孔和伴随蜡质分泌排盐,并且这种排盐方式可能参与在盐碱胁迫下星星草叶片细胞内的离子平衡、渗透调节以及水分代谢的调节过程。  对不同强度Na2CO3胁迫处理下星星草幼苗叶片表皮和叶肉细胞中K、Na的透射电镜X-射线电子探针显微和叶片表面扫描电镜X-射线电子探针显微分析结果表明在Na2CO3胁迫下,星星草可以通过气孔和伴随蜡质分泌排盐,并且星星草幼苗通过两条途径保持细胞质相对高的K/Na比,一是将Na+排出而进入细胞壁,进而通过叶片表面蜡质的分泌或气孔排除细胞内过剩的Na,二是向液泡积累Na。而尽管向细胞壁和液泡分流了大量的Na,但是细胞质中的Na相对含量仍然随着Na2CO3胁迫强度的增加而增加,一方面证明星星草在Na2CO3胁迫下维持相对高的K/Na比的能力是有一定限度的,另一方面暗示星星草作为盐生植物在盐碱环境中一定程度上Na可以部分地代替K而行使部分K的生理功能。  不同浓度Na2CO3胁迫下,星星草幼苗叶片相对电导率、保护酶及活性氧代谢、渗透势、光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾强度(Tr)、水分利用效率(WUE)、叶绿素荧光动力学参数以及叶绿体中保护酶及活性氧代谢的研究,结果发现在小于0.4%Na2CO3胁迫下星星草幼苗可能存在精细的渗透调节机制,使其光合作用得以顺利进行。而叶绿体是对盐胁迫最敏感的细胞器,因此,此时已经导致了活性氧速率的增加,相应地也诱导了叶绿体中的保护机制;而在大于0.4%左右Na2CO3胁迫下推测可能是由于这些多余的能量通过其他途径耗散掉了,一方面通过增加热耗散速率(HDR);另一方面通过增大实际光化学效率(ΦPSII)、电子传递速率(ETR)等,增强假循环式光合磷酸化过程,消耗掉了多余的能量,因此活性氧并没有相应的增多,所以,保护酶也相应地呈减小的趋势。0.4%Na2CO3可能是星星草幼苗抗Na2CO3胁迫的分节点,而且暗示着星星草幼苗在不同强度Na2CO3胁迫下存在着不同的方式以调节光能吸收与利用之间的平衡。  星星草生长不同年数碱化土壤与碱斑土壤比较,全量氮含量、碱解氮含量、氨化强度、固氮强度、脲酶活性、蛋白酶活性、亚硝酸还原酶活性、硝酸还原酶酶活性、全磷、速效磷、有机磷和无机磷含量及磷酸酶活性均增加,星星草生长不同年数碱化土壤间存在不同差异。说明星星草的生长对碱化土壤养分状况具有一定的改良作用,综合来看星星草生长3—5年对碱化土壤的改良作用最佳。  通过对星星草生长不同年数盐碱土壤氮素营养状况的比较研究氮素沉积作用机理,并探讨其在植被演替中的可能作用。结果表明:在一维生态位空间(土壤氮含量)星星草和羊草(Leymuschinense)之间具有较小的生态位分离值和较大的生态位重叠值,表明羊草对土壤高含氮量具有较强的竞争能力。这些也许是羊草以及其他植物在星星草生长一定年数后能够侵入碱斑土壤的机制。星星草作为盐碱土壤改良和植被恢复的先锋植物,它的生长增强了盐碱草地土壤氮素的矿质化作用和生物固氮强度并减弱了氮素随地表径流的损失。最终促进了盐碱草地的氮素沉积达到了适合于其它物种(如羊草)生长的水平,从而碱斑植被得以恢复。
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