【摘 要】
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由红树植物构成的红树林生态系统具有诸多的生态功能、丰富的应用前景、宝贵的利用价值,因此探究红树植物如何适应复杂多变的生态环境并维持高生产力、高光合能力一直是滨海生态系统生态生理学研究的热点。高等植物稳定同位素组分可记录植物生长过程中的环境因子信息,以及植物的生理过程对环境变化的响应,因此已成为植物生理生态研究的常用技术。尽管如此,同位素技术在国内红树植物这方面的研究还较少,国外也仅在澳洲地区有一些
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(41806103,41806107); 国家自然科学基金面上项目(31770435);
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由红树植物构成的红树林生态系统具有诸多的生态功能、丰富的应用前景、宝贵的利用价值,因此探究红树植物如何适应复杂多变的生态环境并维持高生产力、高光合能力一直是滨海生态系统生态生理学研究的热点。高等植物稳定同位素组分可记录植物生长过程中的环境因子信息,以及植物的生理过程对环境变化的响应,因此已成为植物生理生态研究的常用技术。尽管如此,同位素技术在国内红树植物这方面的研究还较少,国外也仅在澳洲地区有一些针对红树植物该方面的研究。近年来越来越多的研究揭示植物叶肉导度是植物光合生理的重要限制因子,甚至对于有的植物,叶肉导度成为了影响植物光合能力高低的首要内在因素,而有关红树植物叶肉导度的初步研究都还较为稀缺。此外,红树植物因其自身的一些独特的耐盐机理机制,也会使得红树植物对环境因子的响应研究的部分结论可能会与先前的一些非耐盐性植物研究结论明显不同。为弥补相关空白,本研究拟以同位素分析及基于叶绿素荧光的叶肉导度分析等植物生理学技术为切入点,深入研究我国南方亚热带地区红树植物对环境变化的生理生态响应。本研究分为野外实验研究和室内控制实验两个部分:1)通过野外实验,揭示多种红树植物叶片稳定C、N同位素组成(δ13C、δ15N)的差异,并探究多种环境因子对红树植物叶片稳定δ13C、δ15N的影响及其相关生理生态学意义;2)通过室内控制实验,应用气体交换及叶绿素荧光技术量化不同红树植物的叶肉细胞导度(gm)大小及其对光合作用的贡献、揭示不同红树植物的gm在不同盐度条件下的变化趋势,并结合叶片结构组学模型深度探究不同盐度条件下红树植物gm差异的具体原由,进而初步构建红树植物gm对盐度因子响应的生理机制。现研究的主要研究结果如下:(1)7种红树植物叶片δ13C值范围和平均值分别为:木榄(-32.18‰~-29.71‰,-30.55‰)、白骨壤(-31.11‰~-29.16‰,-30.25‰)、海桑(-31.19‰~-28.82‰,-29.80‰)、老鼠簕(-28.48‰~-25.81‰,-26.91‰)、无瓣海桑(-31.28‰~-29.46‰,-30.47‰)、桐花树(-31.99‰~-30.05‰,-30.66‰)、秋茄(-31.22‰~-28.57‰,-29.50‰)。红树植物叶片δ13C值范围大多数分布在-31‰~-29‰之间,平均值也分布在中位数附近。7种红树植物δ13C平均值大小顺序为:老鼠簕>秋茄>海桑>白骨壤>无瓣海桑>木榄>桐花树。7种红树植物叶片δ15N值范围和平均值分别为:木榄(0.05‰~5.60‰,3.25‰)、白骨壤(3.76‰~6.37‰,5.04‰)、海桑(5.55‰~9.05‰,7.47‰)、老鼠簕(4.31‰~10.99‰,7.68‰)、无瓣海桑(2.92‰~7.64‰,5.20‰)、桐花树(2.05‰~7.56‰,4.50‰)、秋茄(0.18‰~5.14‰,3.05‰)。不同红树植物叶片δ15N值分布范围差别较大,7种红树植物δ15N平均值大小顺序为:老鼠簕>海桑>无瓣海桑>白骨壤>桐花树>木榄>秋茄。(2)本研究中红树植物叶片δ13C具有显著种间差异,该现象主要是由于不同红树植物对环境因子的响应程度具有差异而造成的,但盐度因子均与7种红树植物叶片δ13C值产生较为不错的相关性,说明盐度因子有成为影响红树植物叶片δ13C控制因子的潜力。红树植物叶片δ15N也具有显著地差异,但此现象不是因为红树植物对各种环境因子的响应程度不同引起的,而是由于红树植物叶片元素含量不同造成的(主要是红树植物叶片N元素含量),值得一提的是,本研究中红树植物叶片δ15N值与叶片N元素含量呈显著的负相关关系,与其他该方面研究的结论相反。(3)本研究首次在红树植物中量化地证明在盐度压力下,影响红树植物叶片光合速率(An)的主要限制因素为gm,而非气孔或生化限制,这也在一定程度上解释了为何红树植物An和gm随盐度的变化趋势均是先上升后下降,并且变化幅度极其相似的原由。(4)盐度压力条件下,盐分对红树植物叶片解剖结构的影响导致其gm的变化。具体来讲,较低的叶绿体面向细胞间空隙的面积(Sc/S)和较高的细胞间空隙占叶片体积的比例值((fias)导致盐度升高情况下两种红树植物gm的显著降低,但细胞壁厚度(Tcw)与秋茄的gm呈显著地正相关现象却未在桐花树中出现,这些盐分胁迫下两种红树植物叶片结构变化的差异可能是由于其自身盐管理策略的不同而导致的。
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