嫩江云杉和紅皮云杉對(duì)干旱與SO-,2-脅迫的生理響應(yīng).pdf

1、嫩江云杉(Picea koraiensis Nakai var．nenjiangensis S．Q．Nie et X．Y. Yuan)是紅皮云杉Picea koraiensisr Nakai)的變種，其生命周期較長(zhǎng)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗逆性。本項(xiàng)研究用RAPD和ISSR現(xiàn)代分子標(biāo)記技術(shù)，研究了兩個(gè)不同云杉物種間在基因組水平上的傳差異，在此基礎(chǔ)上比較研究了嫩江云杉和紅皮云杉苗木在不同水分條件下和SO<,2>脅下的生理特征，探討其對(duì)干旱與SO<,

2、2>脅迫的適應(yīng)機(jī)制，并對(duì)兩者的適應(yīng)能力進(jìn)行了比論文的主要內(nèi)容和結(jié)果如下： 通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化了分子標(biāo)記的反應(yīng)程序和反應(yīng)體系。從引物中篩選出三個(gè)APD引物和一個(gè)ISSR引物用來區(qū)分嫩江云杉和紅皮云杉，它們是： OPN-07，OPA-7，S25和ISSR-67。用這四個(gè)引物擴(kuò)增兩種云杉基因組，得出在1000bp、950bp、500bp和2000bp處嫩江云杉有特異性譜帶而紅皮云杉沒有。研究表明，采用RAPD和SSR分子標(biāo)記可以將嫩

3、江云杉和紅皮云杉區(qū)分開來。 在土壤干旱脅迫下，系統(tǒng)地研究了嫩江云杉和紅皮云杉的多個(gè)生理指標(biāo)的變化規(guī)律。結(jié)果顯示：隨土壤含水量的降低，不同光強(qiáng)下兩種云杉幼苗(3年生)的最大凈光合速率(P<,max>)逐漸下降，且嫩江云杉的降幅較?。徽趄v速率(T<,r>)、表觀量子效率(AQY)、氣孔導(dǎo)度(G<,s>)、羧化效率(CE)也都呈下降的趨勢(shì)。暗呼吸速率(R<,d>)和水分利用率(WUE)在逐漸干旱的過程中先上升后下降，而胞間CO<,2>

4、濃度(C<,i>)先下降，隨后上升。這表明在干旱脅迫較為嚴(yán)重時(shí)，光合速率的降低主要是非氣孔限制造成的。在干旱的情況下，嫩江云杉的CO<,2>補(bǔ)償點(diǎn)(г)低于紅皮云杉，表明其利用低濃度CO<,2>的能力強(qiáng)于紅皮云杉。 干旱脅迫下，光化學(xué)量子效率(Φ<,PSⅡ>)、PSⅡ的最大光能轉(zhuǎn)換效率(F<,v>/F<,m>)、F<,v>/R<,o>為和葉綠素?zé)晒獾墓饣瘜W(xué)猝滅(q<,p>)值均下降，且下降幅度嫩江云杉小于紅皮云杉，說明光系統(tǒng)Ⅱ(

5、PS Ⅱ)受到了傷害，PS Ⅱ原初光能轉(zhuǎn)換效率(F<,v>/F<,m>)、PS Ⅱ潛在活性(F<,v>/F<,o>)降低，光合電子傳遞、光合原初反應(yīng)過程受到抑制。嫩江云杉在輕度的干旱下非光化學(xué)猝滅(NPQ)上升表明，嫩江云杉起光保護(hù)作用的熱耗散提高，紅皮云杉這方面的作用不明顯。 干旱脅迫下，葉綠素含量下降，紅皮云杉葉綠素a(Chl a)含量和葉綠素總量的下降幅度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于嫩江云杉。葉綠素a與葉綠素b的比值(Chl a/Chl b

6、)在干旱初期有升高的趨勢(shì)，但隨著干旱的加劇表現(xiàn)為下降。這表明輕度干旱下捕光色素蛋白復(fù)合體Ⅱ(LHCⅡ)含量減少。嫩江云杉類胡蘿卜素與葉綠素的比值(Car/Chl)在干旱過程中上升，有利于保護(hù)光系統(tǒng)，降低光氧化的破壞。 隨著土壤含水量的降低，兩種云杉根、莖、葉中的脫落酸(ABA)含量都有上升的趨勢(shì)，嫩江云杉的上升幅度要大于紅皮云杉。在輕度甚至中度干旱時(shí)，紅皮云杉的生長(zhǎng)素(IAA)的含量有所上升，在嚴(yán)重干旱時(shí)IAA含量出現(xiàn)下降。兩種

7、云杉赤霉素(GA)含量在干旱的過程中是下降的，但下降的幅度不大，說明干旱對(duì)GA的影響不是很顯著。兩種云杉根中的玉米素核苷(ZR)含量在干旱的過程中顯著下降。對(duì)各種激素與氣孔導(dǎo)度的相關(guān)分析表明，ABA、ZR和ABA/ZR在氣孔調(diào)節(jié)中起到重要的作用。干旱的過程中，超氧陰離子自由基(O<,2>)產(chǎn)生速率、丙二醛(MDA)含量及膜的透性增加，表明產(chǎn)生了大量自由基，發(fā)生了脂質(zhì)過氧化作用。超氧化物歧化酶(SOD)活性在輕度干旱時(shí)上升，并在第4d達(dá)到

8、最高，以后酶活性開始下降。兩種云杉過氧化氫酶(CAT)活性在輕度干旱時(shí)略有上升，干旱的第4d達(dá)到最大值，然后開始下降。在中度干旱時(shí)，嫩江云杉過氧化物酶(POD)，的活性急劇上升，紅皮云杉該酶的活性卻開始下降：嚴(yán)重干旱時(shí)，兩種云杉該酶的活性都降低。隨著土壤含水量的降低，兩種云杉抗壞血酸(AsA)的含量在干旱的過程中變化顯著。輕度干旱時(shí)已經(jīng)開始上升，嚴(yán)重干旱時(shí)，兩種云杉AsA含量都開始下降。嫩江云杉和紅皮云杉葉片的Car含量隨干旱程度的加重

9、而下降，嫩江云杉Car下降幅度較小。在干旱不嚴(yán)重的情況下，云杉體內(nèi)的自由基可以通過酶系統(tǒng)和小分子抗氧化劑來清除。 干旱的過程中，葉片含水量、相對(duì)含水量(RWC)逐漸下降，水分飽和虧缺(WSD)逐漸增加，并且嫩江云杉的變化幅度小于紅皮云杉。兩種云杉可以通過滲透調(diào)節(jié)柬適應(yīng)這種水分的變化。滲透調(diào)節(jié)物可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白在干旱的過程中有上升的趨勢(shì)，嫩江云杉的變化幅度較大。葉水勢(shì)(Ψw)、滲透勢(shì)(Ψs)和飽和滲透勢(shì)(Ψs<'100

10、>)在測(cè)定的過程中是逐漸下降的，嫩江云杉表現(xiàn)得尤為明顯，顯示出嫩江云杉具有較強(qiáng)的滲透調(diào)節(jié)能力。 以兩種云杉幼樹(8年生)為試驗(yàn)材料，研究其在相同的干旱脅迫下的光合參數(shù)和水分參數(shù)的變化情況，將所獲得的結(jié)果與上述云杉幼苗的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果基本相同。 以Na<,2>SO<,3>和NaHSO<,3>混合液模擬SO<,2>對(duì)植物的傷害。噴施混合液濃度分別是20、50、100 mmol·L<'-1>，在噴施后的第3、11、20

11、d測(cè)定了多個(gè)生理指標(biāo)。結(jié)果顯示噴后第3d，兩種云杉的凈光合速率(P<,n>)、F<,v>/F<,m>、Φ<,PSⅡ>、Chl a、Chl b 和類胡蘿卜素含量均下降；相對(duì)電導(dǎo)率上升；苗木受到脅迫的程度隨著Na<,2>SO<,3>和NaHSO<,3>混合液濃度的提高而增大。噴后第11～20d各種生理指標(biāo)開始恢復(fù)。氣孔導(dǎo)度(G<,s>)和胞間CO<,2>濃度(C<,i>)變化不顯著，表明SO<,2>對(duì)光合作用的影響主要是通過非氣孔因素造成的