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沙米适应干旱环境的生理生态机制

作　者: 赵敏杰
导　师: 冯金朝
学　校: 中央民族大学
专　业: 生态学
关键词: 沙米种群分布格局种子萌发光合特性叶绿素荧光
分类号: Q945
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本研究选择内蒙古奈曼旗、乌审旗和阿拉善左旗为野外实验的研究区域。以流动沙丘和半固定沙丘生长的沙米（Ariophyllumsquarrosum）为研究对象,测定了不同地区沙米的分布格局、光合速率、叶绿素荧光参数、叶绿素含量及实验地土壤含水量。此外,在实验室内进行了沙米种子活力、萌发率的测定,研究了沙米种子萌发对沙埋和供水量的响应,测定了沙米幼苗在干旱胁迫下光合速率、水势以及脯氨酸含量等。根据以上实验数据的分析和讨论,得到了以下研究结果:一、沙米适应干旱环境的生态对策1.沙米的分布状况在三个实验地区,半固定沙丘单位样方内沙米的盖度、密度和高度均大于流动沙丘,这是因为半固定沙丘的土壤含水量大于流动沙丘。结果表明沙米的分布与土壤含水量有关。沙米在流动沙丘和半固定沙丘背风坡的丘底处分布的密度、盖度和高度均为最大值,表明沙米的生长与地形地势有很大关系,丘间低地是沙米最适宜生长的地形。流动沙丘和半固定沙丘的沙米种群均表现为很强的聚集型分布,但聚集强度有所不同。流动沙丘上沙米的密集度大于半固定沙丘,这是因为半固定沙丘的水分、养分等分布与流动沙丘相比更均匀。2.沙米种子的萌发与繁殖对策不同年份沙米种子的活力和萌发率存在明显差异。2008年沙米种子的活力和萌发率最大,分别为42.22%和30.00%。各年种子活力及萌发率的大小为:2008年＞2007年＞2006年,说明沙米新生种子的活力较大。沙米种子表现为连续萌发状态。沙米通过这种延长萌发时间的策略来适应不确定的沙生环境,能够躲避不可预测的风沙和干旱干扰,减少种子一次性萌发的风险,提高种群定居的成功率。3.沙埋及水分条件对沙米种子萌发的影响随着沙埋深度的增加,沙米种子的萌发率逐渐降低。适宜的沙埋深度为0.5cm左右,沙埋深度过深会影响沙米种子的萌发。供水量与沙米种子萌发关系实验结果表明:10mm降水量是沙米种子萌发较为适宜的水分条件,萌发率为6.67%。在持续供水,总水量20mm条件下,沙米种子的萌发率为3.33%,比单次供水低。二、沙米适应干旱环境的生理机制1.沙米光合作用日变化特征在三个实验地区,沙米叶片净光合速率日变化均呈双峰曲线。奈曼旗、乌审旗和阿拉善左旗沙米光合速率日变化平均值分别为5.66μmol·m^-2·s^-1,14.63μmol·m^-2·s^-1,15.37μmol·m^-2·s^-1。成熟叶片的光合速率略大于幼叶。分析环境因子与沙米光合作用关系可知,沙米光合速率与大气温度呈负相关,与光合有效辐射和大气湿度呈正相关,光照强度对沙米的光合作用影响较大。除环境因子影响下,沙米光合作用还具有自我调节机制。上午时,三个实验地沙米叶片的光合速率在下降的同时,胞间CO₂浓度持续下降,气孔导度降低,气孔限制值上升,沙米叶片光合速率的下降是由气孔因素造成的,其光合作用受到气孔因素的限制。而在午后沙米叶片光合速率下降的同时,气孔限制值降低,气孔导度升高,此时光合速率下降则是由非气孔因素造成的,其光合作用受到非气孔因素的限制。2.沙米对温度升高和CO₂浓度增加的响应在温度升高5℃条件下,沙米光合速率日变化最大值为7.52μmol·m^-2·s^-1,平均值为3.36μmol·m^-2·s^-1,均低于正常条件下的光合速率。表明温度升高对沙米光合作用可能产生抑制作用。在CO₂浓度倍增条件下,沙米的光合速率日变化最大值为18.07μmol·m^-2·s^-1,平均值为11.81μmol·m^-2·s^-1,比正常条件下的光合速率增大近1倍。表明CO₂浓度的升高促进了沙米的光合作用。3.沙米叶绿素荧光特性在自然光照条件下,沙米的最大荧光产量（F_m’）、最大光化学量子产量（F_v/F_m）、实际光化学量子产量（Yield）和光化学淬灭（qP）从早上开始下降,中午达到最低值,出现“午休”的现象;而表观光合电子传递效率（ETR）和非光化学淬灭（qN）从早上开始逐渐增加。结果表明沙米叶片的光合作用在中午光照最强时受到了光抑制,叶片吸收的光能只有极少量用于光化学电子传递和参与CO₂固定,多余的光能以热的形式耗散掉。沙米通过增加光耗散尽量降低光抑制程度,防止了光合机构的破坏,保持较高的光合能力。4.沙米对干旱胁迫的生理响应随着干旱胁迫不断加剧,沙米的净光合速率、叶片水势、气孔导度和胞间CO₂浓度呈明显下降趋势,脯氨酸含量和气孔限制值呈上升趋势。严重干旱胁迫时,沙米体内脯氨酸含量是正常含量的3倍。沙米受干旱胁迫时体内脯氨酸含量的明显增加,有利于增强其保水能力,提高抗旱能力。

全文目录

摘要  2-5
ABSTRACT  5-13
第一章研究目的及意义  13-15
第二章国内外研究现状  15-24
  第一节沙米的研究  15-16
  第二节植物种群分布格局的研究  16-17
  第三节土壤种子库与种子萌发的研究  17-18
  第四节植物光合适应的研究  18-19
  第五节植物叶绿素荧光特性的研究  19-20
  第六节植物体内脯氨酸作用的研究  20-21
  第七节植物干旱适应的研究进展  21-24
第三章研究区自然概况  24-27
  第一节奈曼旗  24-25
  第二节乌审旗  25
  第三节阿拉善左旗  25-27
第四章研究方法  27-38
  第一节实验材料  27
  第二节实验地点  27
  第三节实验方法  27-34
    一、样方调查  27-28
    二、土壤含水量测定  28
    三、植物光合作用测定  28-29
    四、光响应测定  29-30
    五、CO_2响应测定  30-31
    六、室内沙米幼苗光合速率测定  31
    七、叶绿素荧光参数测定  31-32
    八、种子萌发率测定  32-33
    九、叶绿素含量测定  33
    十、水势测定  33
    十一、脯氨酸含量测定  33-34
    十二、测定时间  34
  第四节计算分析方法  34-38
    一、土壤含水量计算  34
    二、沙米种群分布格局分析  34-36
    三、气孔限制值L_s计算  36
    四、叶绿素含量计算  36
    五、脯氨酸含量计算  36-37
    六、数据处理方法  37-38
第五章实验结果与分析  38-83
  第一节研究区环境条件变化  38-41
    一、气温变化  38
    二、降水量变化  38-39
    三、土壤含水量变化  39-41
  第二节不同地区沙米的自然分布特征  41-46
    一、不同地区沙米的分布状况  41-45
    二、沙米的分布格局  45-46
  第三节沙米的种子萌发与繁殖对策  46-50
    一、不同年份沙米种子活力  46-47
    二、不同年份种子萌发率  47-49
    三、沙埋及水分条件对沙米种子萌发的影响  49-50
  第四节沙米的光合作用特征  50-60
    一、光合作用日变化特征  50-53
    二、沙米光合作用的光响应  53
    三、沙米光合作用的CO_2响应  53-54
    四、环境对沙米光合作用的影响  54-57
    五、沙米光合作用的调节  57-60
  第五节沙米对温度升高和CO_2浓度增加的响应  60-64
    一、温度升高与沙米光合作用的关系  60-62
    二、CO_2浓度倍增与沙米光合作用的关系  62-64
  第六节沙米叶绿素荧光特性  64-79
    一、沙米叶绿素含量变化  64-65
    二、奈曼旗地区沙米的叶绿素荧光特征  65-69
    三、乌审旗地区沙米的叶绿素荧光特征  69-74
    四、阿拉善左旗地区沙米的叶绿素荧光特征  74-79
  第七节沙米对干旱胁迫的生理响应  79-83
    一、干旱胁迫下沙米光合速率的变化  79-80
    二、干旱胁迫下沙米水势的变化  80-81
    三、干旱胁迫下沙米脯氨酸含量的变化  81-83
第六章结论  83-88
  第一节不同地区沙米的自然分布特征  83
    一、不同地区沙米的分布状况  83
    二、沙米的分布格局  83
  第二节沙米的种子萌发与繁殖对策  83-84
    一、不同年份沙米种子的活力  83-84
    二、不同年份沙米种子萌发率  84
    三、沙埋及水分条件对沙米种子萌发率的影响  84
  第三节沙米的光合作用特征  84-85
    一、光合作用日变化特征  84-85
    二、环境对光合作用的影响  85
    三、沙米光合作用的调节  85
  第四节沙米对温度升高和CO_2浓度增加的响应  85-86
    一、温度升高与沙米光合作用的关系  85-86
    二、CO_2浓度倍增与沙米光合作用的关系  86
  第五节不同地区沙米的叶绿素荧光特性  86-87
    一、不同地区沙米叶绿素含量变化  86
    二、不同地区沙米的叶绿素荧光参数日变化  86-87
  第六节沙米对干旱胁迫的生理响应  87-88
    一、干旱胁迫下沙米光合速率的变化  87
    二、干旱胁迫下沙米水势的变化  87
    三、干旱胁迫下沙米脯氨酸含量的变化  87-88
参考文献  88-93
攻读学位期间发表的学术论文目录  93-95
致谢  95

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