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植物资源分配和异速生长关系对于研究植物生态适应策略是至关重要的,而紫外辐射增强也已成为全球变化中的热点之一,但已有研究尚未涉及到紫外辐射增强对植物资源分配和异速生长关系的影响。本文通过大田盆栽实验,研究了两种增强的UV—B辐射(2.8 kJ·m—2·d-1和4.2 kJ·m—2·d-1)对双子叶C4植物反枝苋(Amaranthus retroflexus)生物量分配、组织化学成分和建成代价及能量积累与分配的影响,并从形态、生理及生化方面进行了分析讨论。另外还研究了反枝苋种群在增强UV—B辐射(2.8 kJ·m—2·d-1)及竞争条件下个体大小等级性与异速生长的变化模式以及形态指标和生物量的影响。结果表明:
1.增强UV—B辐射处理下反枝苋的4个生长时期的分枝数、叶片数、高度和基径均没有显著变化。
2.高、低剂量的UV—处理均导致CAT活性显著高于对照组,但对SOD活性无影响,低剂量辐射下POD活性显著高于对照而高剂量辐射下无显著变化,同时MDA含量随辐射剂量的增加而显著增加。
3.收获期低剂量辐射处理下的资源分配模式发生变化,分配到叶片的生物量比例显著增加,可能是增加SLW来适应UV—B辐射的结果,而分配到根的比例显著减小。但高剂量辐射对生物量分配无显著影响。
4.UV—B辐射处理下根、茎、叶部所检测的大多数化学成分与对照相比有显著变化。叶片中可溶性蛋白、木质素和脂肪,根中木质素,茎中纤维素、木质素含量在辐射处理下显著高于对照,叶片中淀粉,茎中可溶性糖、淀粉和脂肪含量在辐射处理下显著低于对照,这可能导致叶片和茎的分解速率减慢。
5.增强UV—B辐射处理下,各器官C、N、热值、灰分及建成代价没有显著差异。根、茎、穗及总能量积累在UV—B辐射处理下与对照相比均显著降低,并且低强度处理下显著低于高强度处理。低强度处理下能量分配模式发生显著改变,茎、叶的分配比例与对照相比显著增加,根、穗的分配比例显著减小;高强度处理下除根部的分配比例与对照相比显著减小外,其余器官分配均无显著变化。
6.在两种竞争强度下,UV—B辐射处理均导致株高频率分布向右偏斜,而基径频率分布则未受UV—B辐射影响;在高竞争强度下,增强的UV—B辐射导致生物量频率分布向左偏斜,但在生长后期逐渐恢复,而低竞争强度下UV—B辐射对生物量频率分布没有影响。在两种竞争强度下,UV—B辐射均使了株高、基径和生物量变异系数有降低的趋势。
7.在低竞争强度处理下,UV—B辐射在生长初期导致了株高一基径关系发生了偏斜,但其后逐渐恢复,而在高竞争强度处理下并没有影响。UV—B辐射在初期引起的株高—生物量关系的偏斜也在后期逐渐恢复。UV—B辐射条件下的基径—生物量关系与对照几乎处于同一个区域,说明反枝苋这种杂草对于外界压力有极强的适应恢复能力。
综上所述,本研究发现低剂量UV—B辐射处理对叶片和根的资源分配比例有显著影响,并且在生长初期对株高—基径以及株高—生物量的异速生长关系有一定的影响,这些结果对于正确评价紫外辐射增强的生态学后果的有着重要意义。