红砂幼苗生长和非结构性碳水化合物对干旱—复水的响应

来源 :甘肃农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:li9599
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受全球气候变化影响,干旱发生越来越普遍,水分已经成为限制植物生长和发育的主要环境因素,尤其以我国北方干旱半干旱区。开展干旱胁迫下荒漠植物生长及非结构性碳水化合物变化的研究,对探讨荒漠植物应对外界干旱环境和水分短缺的响应机制及其策略具有积极的意义。本研究以荒漠区典型超旱生植物红砂(Reaumuria soongarica)为研究对象,设置不同水分胁迫梯度(分别为田间持水量的80%、60%、40%、20%),测定了不同水分胁迫下红砂幼苗生物量、根系形态指标及各器官NSC含量,并比较其差异性,揭示了红砂幼苗对干旱胁迫适应机制,为理解干旱胁迫驱动的植物生理生态的变化和完善该理论有重要作用。主要研究结果如下:(1)与适宜水分相比,干旱胁迫使得红砂幼苗基径和株高相对增量以及地上、地下和总生物量显著减小(P<0.01),各干旱胁迫下红砂幼苗基径相对增量随时间增加呈现减小的变化趋势,说明在生长季前期红砂幼苗能够通过其基径的快速生长来增加物质的存储。适宜水分、轻度和重度胁迫处理下红砂幼苗根冠比分别在15、30和45天时达到最大,说明干旱程度加重延长了红砂幼苗根冠比达到最大的时间。生长季末复水后,与适宜水分相比,中度和重度胁迫处理下红砂幼苗基径和株高相对增量变大,说明干旱胁迫越严重,复水后其地上部分生长更快。(2)与适宜水分相比,干旱胁迫使得红砂幼苗比根长显著增加(P<0.01),说明干旱胁迫促进了红砂幼苗根系的快速生长,增加了根系在土壤中的分布,提高了水分的吸收。随干旱胁迫加剧红砂幼苗根系总根长增加,根系直径减小,植株耐旱性增强。生长季末复水后,与适宜水分相比,重度胁迫处理下红砂幼苗总根长、根表面积、总根体积和组织密度减小,适度干旱胁迫下其根系直径变大、比根长增加,表明严重干旱胁迫后复水红砂根系无法恢复,而适度干旱胁迫下复水促进了红砂幼苗比根长、组织密度的显著增加(P<0.01),说明适度干旱胁迫下复水后植物根系得以生长,其直径和比根长增大。(3)与适宜水分相比,干旱胁迫下红砂幼苗各器官蔗糖、果糖、葡萄糖和可溶性糖含量显著增大(P<0.01),且在各干旱胁迫下蔗糖、果糖、葡萄糖和可溶性糖含量在不同器官间的关系整体表现为细根>粗根>叶>茎,说明在受到干旱胁迫影响时,红砂幼苗通过各器官特别是细根提高可溶性糖含量以应对和抵御干旱胁迫。在0-30天胁迫过程中,各干旱胁迫处理下红砂幼苗蔗糖、果糖、葡萄糖和可溶性糖含量在叶、粗根和细根中整体呈现增加趋势,且叶和细根蔗糖、葡萄糖和可溶性糖含量增幅较大,表明干旱胁迫前期红砂幼苗主要通过叶和细根来增强渗透调节以适应干旱胁迫。生长季末复水后,与适宜水分相比,重度干旱胁迫处理下红砂幼苗各器官可溶性糖含量减小,且根系可溶性糖消耗程度更大,表明较干旱复水期间红砂幼苗主要通过根系为可溶性糖的消耗来抵御干旱胁迫。(4)与适宜水分相比,干旱胁迫增加了红砂幼苗叶、茎和粗根的淀粉含量,而减小了细根的淀粉含量;同时,干旱胁迫使得各器官NSC含量显著增加(P<0.01),说明受干旱胁迫影响红砂幼苗各器官会储存较多的NSC以抵御干旱环境。在生长季,重度干旱胁迫处理下红砂幼苗各器官可溶性糖与淀粉含量的比值呈现先增大后减小再增大的变化趋势,即在干旱胁迫条件下,在生长季前期和末期红砂幼苗各器官可溶性糖合成较多,在生长旺盛期淀粉合成较多;且NSC含量变化整体与淀粉含量变化趋势相吻合,说明在整个生长季干旱胁迫促使红砂幼苗各器官合成较多的淀粉和NSC以供植株生长。与适宜水分相比,在生长季旺盛期,重度干旱胁迫下红砂幼苗细根淀粉含量变小,说明在生长季旺盛期红砂幼苗细根淀粉水解为可溶性糖来维持细胞膨压以抵御干旱胁迫。复水后各干旱胁迫处理下红砂幼苗各器官淀粉和NSC含量均减小,且根部消耗程度更大,说明复水后淀粉和NSC被消耗以供植物生长。
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