3种三峡水库消落区多年生草本植物生理生化适应机制研究

作     者：张立冬 

作者单位：重庆三峡学院 

学位级别：硕士

导师姓名：刘正学

授予年度：2018年

学科分类：07[理学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：三峡水库消落区 多年生草本植物 周期性水淹胁迫 非结构性碳水化合物 积累与分配 

摘      要：三峡水库自建成以来,在“人工-自然二元干扰作用下,消落区植被结构退化严重,植物物种多样性显著下降。在自然资源保护与人类生存需求双重要求下,消落区退化生态系统修复已迫在眉睫。大量事实证明,草本植物种子及其繁殖体是退化生态系统人工修复的关键。目前,关于三峡水库消落区一年生草本植物水淹胁迫适应机制已有相关报道;但对多年生草本植物,尤其是在实际消落区不同海拔高程周期性水淹胁迫条件下的适应机制研究尚未见报道。因此,本文以狗牙根(Cynodondactylon(Linn.)Pers.)、黄花苜蓿(Medicago falcata L.)和紫花苜蓿(Medicago sativa L.)等3种三峡水库消落区多年生草本植物为研究对象,从以下两种途径探索多年生草本植物耐周期性水淹胁迫适应机制:一是种子耐水淹胁迫适应机制。2014-2016年,在实际消落区不同高程(150m、160m、165m及174m),对3种多年生草本植物狗牙根、黄花苜蓿和紫花苜蓿种子进行水淹处理,分析种子生活力、种子萌发率、生理及抗氧化系统相关酶活力,从而探索3种多年生草本植物种子用于消落区人工修复的可能;二是种子苗(繁殖体)耐水淹胁迫适应机制。2013-2015年,以狗牙根为实验对象,在实际消落区150m高程,通过成陆期种子撒播形成种子苗、进而构建历经不同次数周期性水淹的适应株(不同年限适应株,下同),对狗牙根不同年限适应株生长相关指标、非结构碳水化合物积累及分配模式进行分析,从而了解耐淹植物狗牙根种子苗对周期性水淹胁迫的适应机制。结果表明:(1)3种多年生草本植物种子经不同高程水淹胁迫后,总体来看,消落区中段(160m、165m)水淹种子可保持极高种子生活力,而上段(174m水线附近)与下段(150m左右)水淹种子生活力显著降低。(2)3种多年生草本植物种子经不同高程水淹胁迫后,仅黄花苜蓿种子经174m、165m高程水淹后具有一定萌发率,分别为12.00±2.08%、4.33±1.45%;尽管狗牙根与紫花苜蓿种子在消落区中段水淹可维持极高生活力,与对照相比无显著性差异,但经长时间水淹胁迫后丧失萌发能力。(3)3种多年生草本植物种子经不同高程水淹胁迫后,可溶性糖、可溶性蛋白含量显著降低,而淀粉合成量显著增加;低效率无氧呼吸加速种子储能物质消耗,而淀粉含量增加可能是为种子萌发与种苗建成储备可直接利用的碳水化合物。(4)3种多年生草本植物种子经不同高程水淹胁迫,可通过诱导抗氧化相关酶活性升高,进而避免活性氧对种子造成伤害。(5)经实际消落区周期性水淹胁迫,狗牙根不同年限适应株地上茎高及最长叶长均小于未水淹狗牙根;遭受长期完全水淹胁迫后,恢复生长期将有限资源用于叶片建成以快速积累光合同化产物,而非用于植株伸长生长。(6)经实际消落区周期性水淹胁迫后,不同年限适应株非结构性碳水化合物分配模式与对照株(未经水淹)存在显著差异:不同年限适应株非结构性碳水化合物存储趋向于匍匐茎,而对照株非结构性碳水化合物存储趋向于根部。(7)经实际消落区周期性水淹胁迫后,多年适应株(晒网坝本地植株)非结构性碳水化合物积累量显著大于两年、三年适应株及对照株。综上所述,可得出如下结论:1)多年生草本植物黄花苜蓿种子,能忍耐160m、165m及174m高程水淹胁迫,且可萌发,可用于三峡水库消落区植被构建;而狗牙根、紫花苜蓿种子耐水淹胁迫适应能力较差,如何通过其种子用于消落区生态修复有待进一步探索。2)多年生草本植物狗牙根种子苗,经实际消落区周期性水淹,通过非结构性碳水化合物积累和分配策略变化,进而可适应三峡水库消落区周期性水淹。