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三峡库区消落带两种植物对淹水环境适应性的模拟研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究目的和意义

1.1.3 项目来源与经费支持

1.2 国内外研究现状

1.2.1 水淹对植物形态建成的影响

1.2.2 水淹对植物气体交换参数的影响

1.2.3 水淹对植物光合色素含量的影响

1.2.4 水淹对植物叶绿素荧光参数的影响

1.2.5 水淹对植物生理生化特性的影响

1.2.6 研究评述

1.3 研究目标和主要研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 主要研究内容

1.4 研究技术路线图

第二章 夏季淹水对三峡库区消落带香附子生长及光合特性的影响

2.1 材料与方法

2.1.1 实验材料与地点

2.1.2 实验设计

2.1.3 生长指标测定

2.1.4 光合指标测定

2.1.5 叶绿素荧光的测定

2.1.6 统计分析

2.2 结果与分析

2.2.1 生长指标的变化

2.2.2 光合指标的变化

2.2.3 叶绿素荧光参数的变化

2.3 讨论

2.3.1 淹水对香附子形态的影响

2.3.2 淹水对香附子光合指标的影响

2.3.3 淹水对香附子荧光参数的影响

2.4 小结

第三章 夏季淹水对三峡库区消落带香附子生理生化特性的影响

3.1 材料与方法

3.1.1 实验材料与地点

3.1.2 试验设计

3.1.3 指标测定

3.1.4 数据处理与分析

3.2 结果与分析

3.2.1 叶绿素含量的变化

3.2.2 可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛含量的变化

3.2.3 抗氧化酶活性的变化

3.2.4 非结构碳水化合物的变化

3.3 讨论

3.3.1 淹水对香附子光合色素的影响

3.3.2 淹水对香附子丙二醛及渗透调节物质的影响

3.3.3 淹水对香附子抗氧化酶活性的影响

3.3.4 淹水对香附子非结构碳水化合物的影响

3.4 小结

第四章 秋冬季淹水对中华蚊母树生长及光合特性的影响

4.1 材料与方法

4.1.1 实验材料与地点

4.1.2 试验设计

4.1.3 指标测定

4.1.4 统计分析

4.2 结果与分析

4.2.1 生长指标的变化

4.2.2 光合指标的变化

4.2.3 荧光参数的变化

4.3 讨论

4.3.1 淹水对中华蚊母树生长及形态特征的影响

4.3.2 淹水对中华蚊母树光合特性的影响

4.3.3 淹水对中华蚊母树荧光特性的影响

4.4 小结

第五章 秋冬季淹水对中华蚊母树生理生化特征的影响

5.1 材料与方法

5.1.1 试验材料与地点

5.1.2 试验设计

5.1.3 指标测定

5.1.4 数据处理与分析

5.2 结果与分析

5.2.1 叶绿素含量的变化

5.2.2 丙二醛及渗透调节物质的变化

5.2.3 抗氧化酶活性的变化

5.2.4 非结构碳水化合物的变化

5.3 讨论

5.3.1 淹水对中华蚊母树光合色素含量的影响

5.3.2 淹水对中华蚊母树丙二醛含量及渗透调节物质的影响

5.3.3 淹水对中华蚊母树抗氧化酶活性的影响

5.3.4 淹水对中华蚊母树非结构碳水化合物的影响

5.4 小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.1.1 香附子适应夏季淹水的适应机制

6.1.2 中华蚊母树适应秋冬季水淹的适应机制

6.2 不足与展望

参考文献

在读期间的学术研究

致谢

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摘要

三峡水库建成以后,两岸形成了垂直落差达30m的消落带,长时间的淹水使库区消落带原有植物不能够生存,从而引起了一系列生态环境问题。目前,学者认为消落带植被的恢复与重建是库区消落带生态环境治理的重要措施之一,在消落带植被构建中,选用能够耐受长时间水淹的物种十分重要。由于受库区冬蓄夏汛水文过程的影响,消落带不同海拔的植被在淹水强度和淹水时间上有所不同,本文以消落带植物香附子(RhizomaCyperi)和中华蚊母树(Distylium chinense(Franch.)Diels)为研究对象,结合三峡库区水位运行规律以及两种植物在消落带植被恢复中的特点,通过盆栽模拟水淹实验,分别研究了香附子对夏季汛期水淹的适应机制和中华蚊母树对冬季蓄水水淹的响应机制,以期为三峡库区消落带植被恢复与重建工作中适生植物的筛选提供理论依据。 2012年7月-2012年9月,模拟三峡库区消落带夏季汛期淹水特征,设置了对照CK(常规水分管理),根部水淹T1(水面在土壤上方1cm左右)、半淹T2(水面在土壤上方9 cm左右)以及全淹T3(水面没过植株5 cm左右)4个不同处理组,对香附子(经历过冬季水淹)生长、光合以及生理生化特征对夏季水淹的变化规律进行了研究;2012年10月-2013年3月,模拟三峡库区消落带秋冬蓄水淹水特征,设置对照CK(常规水分管理)、半淹PF(水面在土壤上方12 cm左右)以及全淹FF(水面没过植株20 cm左右)3个不同处理组,对中华蚊母树生长、光合以及生理生化特征对秋冬季淹水的变化规律进行了研究。结果如下: 通过研究夏季水淹对香附子生长及光合特性的影响,研究结果发现:经过45 d的水淹后,所有处理香附子植株的基径、茎高和非光化学淬灭都有所增加,说明香附子植株对不同水淹环境都做出了积极的响应;植株叶长、叶宽及地上生物量在不同水淹环境中有不同的响应,与对照相比,半淹处理植株叶长、叶宽及地上生物量有所增加,而根淹、全淹处理植株叶长、叶宽及地上生物量有所下降;随着水淹时间的增加,所有水淹处理植株叶片比叶面积、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、最大光化学效率、电子传递速率以及光化学淬灭都显著低于对照,根淹和半淹植株虽有下降,但仍能保持较高的水平,而全淹植株则下降明显。 通过研究夏季淹水对香附子生理生化特性的影响,研究结果发现:经过45 d的水淹,所有水淹处理香附子叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及总叶绿素的含量均出现了下降,但叶绿素a/b比值仍能维持在CK的水平;随着水淹时间的延长,各水淹处理植株叶片丙二醛含量逐渐升高,且自水淹15d后均与CK植株差异显著;淹水并没有增加T1和T3可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖的含量,但显著增加了T2植株叶片脯氨酸和可溶性糖的含量;水淹过程中,所有水淹处理香附子植株均能提高SOD、CAT和APX等抗氧化酶来减轻淹水胁迫下活性氧积累对植物细胞膜的伤害,但随着水淹时间的继续延长,T3植株叶片SOD和CAT活性逐渐下降。经过45 d的水淹,各水淹处理植株淀粉含量在叶和根中均出现了显著的增加。 通过研究秋冬季水淹对中华蚊母树生长及光合特征的影响,研究结果发现,淹水没有显著影响中华蚊母树的株高和基径,但显著影响了中华蚊母树的生物量,水淹150后,PF植株和FF植株根茎叶生物量均出现了显著的降低,同时根冠比出现了显著的升高,此外,PF植株在水淹过程中形成了大量的不定根、特化的皮孔;受水淹影响,净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学猝灭(qP)以及电子传递速率(ETR)均出现了显著下降,但下降的幅度在各水淹处理中有所不同,PF植自水淹7d后各项指标迅速下降,且显著低于CK植株,后期下降的幅度有所平缓,而FF植株直到水淹120 d后各项指标才显著低于CK植株;淹水并没有影响FF植株叶片的蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci),但显著降低了PF植株叶片的蒸腾速率(Tr)以及增加了PF植株叶片的胞间CO2浓度(Ci);水淹后期,PF植株叶片非光化学猝灭(qN)出现了显著的升高,而FF植株叶片非光化学淬灭(qN)出现了显著的降低。 通过研究秋冬季水淹对中华蚊母树生理生化特性的影响,研究结果发现,不同淹水处理下中华蚊母树叶片光合色素的含量有所不同,经过150 d的水淹,PF植株叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及总叶绿素的含量均出现了显著的下降,FF植株叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及总叶绿素的含量出现了一定程度的升高,但与CK植株差异并不显著。而叶片叶绿素a/b的比值在不同淹水处理下并没有明显差异,均约为3∶1的比例;受水淹影响,两水淹处理植株MDA含量在水淹后期均出现了显著的上升,虽然FF植株MDA含量要高于PF植株,但两者差异并不显著;可溶性蛋白在各水淹处理中的变化有所差异,水淹后期,FF植株可溶性蛋白有所上升,而PF植株可溶性蛋白在整个淹水期间均与CK植株差异不显著;两水淹处理植株脯氨酸在水淹前期均出现了显著的上升,但后期下降至CK水平;受水淹影响,PF和FF植株抗氧化酶活性(SOD、CAT和APX)均出现了显著的升高;非结构碳水化合物含量在不同水淹处理下有所差异,除水淹30 d,根部可溶性糖显著高于CK植株外,PF植株叶片和根部可溶性糖含量在整个淹水期间均与CK植株差异不显著;而FF植株叶和根可溶性糖含量随着水淹时间的延长逐渐降低;PF植株淀粉含量在叶与根中分布有所差异,PF植株叶片淀粉含量在水淹前120 d与CK差异并不显著,水淹150d,PF植株叶片淀粉含量出现了显著的上升,而根部淀粉含量自水淹7d开始出现了显著的下降,但后期基本维持稳定,FF植株淀粉含量在叶和根中均出现了显著的下降,后期也基本维持稳定。 从本研究的结果可以看出,香附子和中华蚊母树在生长、光合以及生理生化特性上均对水淹均做出了积极的响应,这些积极的适应策略或许是香附子和中华蚊母树能够在库区消落带存活生长的重要原因。

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