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  • 完全淹水解除后‘中山杉407’生长及光合特性的恢复结论
  • 发布日期:[2021/04/24]
  • 中山杉407’能够通过合理调整淹水环境下的生长和光合策略,经受3个月全淹环境并存活,表现出极强的耐水淹胁迫特性。在淹水恢复过程中,‘中山杉407’的叶片完全恢复光合能力,并通过增强光合作用以及维持叶绿素荧光能力表现出良好的光合适应性。中山杉的快速恢复能力可以使其生存和生长在周期性淹没的水库等区域。因此,中山杉在湿地恢复与构建方面有着广阔的应用前景。

    1)植物生长在水位容易波动的地区,经常处于淹水及退水后的恢复生长过程中。如果树木在淹水胁迫后并没有恢复过来,那么即将来临的淹水胁迫会对植物带来更严重的损伤。因此,在评价树木的耐淹能力时,植物在遭受胁迫后的恢复能力显得十分重要。

    植物在摆脱淹水胁迫后生理和代谢功能能否恢复正常是判断植物耐淹的一个重要指标,而气体交换更是起着重要作用。在此次研究中,S组‘中山杉407’的Pn和Gs显著高于CK组。可见,‘中山杉407’在经历淹水胁迫后光合能力并没有下降,其在恢复过程中气体交换明显增强,光合作用迅速恢复,显然这有助于植物的存活。可能的原因是,‘中山杉407’淹水结束时为2014年10月,进入秋季后,CK组‘中山杉407’的叶片已经开始发黄,而S组‘中山杉407’的叶片长期淹没在水中,却仍然保持绿色,叶绿素含量显著大于CK。Tr是表示水汽压力梯度的主要指标,Tr主要依赖于Gs,因为蒸腾作用主要是通过气孔散失水分,故恢复阶段的Tr同样显著大于CK组。EWUE是光合速率与蒸腾速率的比值(Pn/Tr),EWUE的降低说明水分或养分亏缺使得植物的光合功能有一定的损耗。但是,中山杉在恢复期间,S组与CK组EWUE的差异不断减小。以上结果表明,经过适当时间的恢复,由于淹水胁迫导致的中山杉光合损耗现象逐渐消失。从光合特性的分析结果可以初步推测:中山杉经过完全淹水后,光合作用迅速恢复,合成和储存更多的有机物,具有很强的耐淹性。

    2)叶绿素荧光动力学技术在测定光合作用过程中光系统对光能的吸收、传递、转换、耗散、分配等方面具有独特的作用。此次研究中,‘中山杉407’的叶绿素荧光参数在淹水与对照中无显著差异。这表明淹水胁迫对中山杉PSⅡ的潜在活性影响很少,中山杉的氧化裂解能力在淹水处理结束后可以迅速恢复。Mielke等研究指出,淹水导致光抑制损伤的很好的指示是Fv/Fm的下降。此次实验中,淹水结束后‘中山杉407’Fv/Fm恢复极快,与CK无显著差异,说明PSⅡ光化学反应中心并未受到水淹的影响。在恢复过程中,S组的ФPSⅡ表现出明显规则性改变伴随轻微的上升,与CK无显著差异,并保持变化趋势一致,表现出明显的恢复速率,VETR的变化趋势与ФPSⅡ一致。由此可以看出淹水结束后,‘中山杉407’仍能保证与对照相当的光量子效率和光合电子传递效率。经过3个月完全淹水后,‘中山杉407’全部存活,且无明显受胁迫痕迹,国际上通用的强耐淹树木的界定标准为全淹存活30d以上。由此可见,中山杉是一种强耐淹树木。植物耐完全淹水的主要策略有两种:一种是逃避性策略,如生长于冲积平原和低洼地区的植物,它们耐完全淹水的主要表现是茎的伸长;另一种是保持静态的策略,如生长在高地的植物,它们通过合理利用能源物质以及诱导产生可以抵消淹水损伤的物质完成对胁迫的适应。植物的“静态”耐水淹策略有利于促进植物在淹水结束后恢复阶段产生新的组织结构,因为植物在水淹结束后的初期,恢复生长主要依赖于体内营养物质的储备,淹水后具有低水平营养储备的植物可能恢复生长较差,甚至死亡。Parolin在研究中发现,一些在淹水环境下生存的植物,可以在完全淹水时保持“静止”的状态,而当淹水胁迫解除后,Fv/Fm迅速恢复,这表明完全淹水并没有给其带来不可修复的损伤。同样,中山杉在完全淹水解除后,光合作用迅速恢复,且经过10个月的恢复,S组的总干质量、地上部分生物量与CK组无显著差异。综上,笔者认为,中山杉在完全淹水阶段采取保持静态的策略,通过合理利用有机物,使其在恢复阶段具有充足的能量可以利用,保证光合作用等生理代谢功能的迅速恢复,从而确保其在恢复阶段可以正常生长。此外,经过10个月的恢复,‘中山杉407’地下生物量显著低于CK组(P<0.05),使得根冠比也显著降低(P<0.05),可见在恢复阶段,中山杉将较多的同化物用于地上部分增长,这可能是光合作用增强的另一个原因。而且作为耐淹植物,中山杉也可能是通过改变光合产物的分配比例等方式维持有机物的供应,同时调节碳代谢,避免有毒物质的生成。植物生长过程中生物量的积累与形态变化,是植物对环境变化的一种响应。中山杉对于全淹胁迫恢复做出的响应可能是一种对环境的适应性。




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