植物生态论文：旱地岩边植物生态调整的抵抗性范文

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作者：周江裴宗平 胡佳佳贾含帅朱琳单位：江苏省资源环境信息工程重点实验室中国矿业大学环境与测绘学院贵州省环境监测中心站

材料与方法

1试验材料

根据前期实地调查，选择草地早熟禾(Poaprat-ensis)、狗牙根(Cynodondactylon)和红三叶(Trifoli-umpratense)3种广泛用于岩石边坡生态修复的植物作为供试材料，以中国矿业大学南湖校区苗圃基地土壤作为供试土壤。

2试验设计

选择籽粒饱满的草地早熟禾、狗牙根、红三叶种子，分别播种在直径为20cm的塑料花盆中，栽植后进行正常管理，待植物正常生长2个月后进行干旱胁迫试验。胁迫试验采用盆栽控水法，试验前分别对植物浇透水，第2d取样测定作为对照(CK)，此后进行断水处理，同时采取人工防雨措施，开始抗旱胁迫试验。从干旱胁迫第8d起每隔4d取1次样，并测定相应的生理生化指标，24d后结束试验。试验期为夏季，当地日平均温度在22～33℃，最低温度18℃，最高温度37℃。

3生理指标测定方法

本次抗旱性试验以叶片为测试对象，测定指标为:相对含水量、相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和叶绿素含量。其中，相对含水量采用烘干法，相对电导率采用电导率仪法，脯氨酸含量采用磺基水杨酸法，丙二醛含量、可溶性糖含量采用分光光度计法，叶绿素含量采用80%丙酮浸提比色法，各指标测定均设3次重复，取其均值。

4数据分析方法

4．1抗旱系数为避免不同物种间对照值的差异对试验结果造成的影响，利用公式(1)对所测得的各项生理指标值进行转换，求得各生理指标在不同时间的抗旱系数。

4．2隶属函数值隶属函数是在多指标测定基础上，对植物抗旱性进行综合评价的有效途径，它克服了利用少量指标进行评价的不足。该方法根据模糊数学原理，先将各指标换算成隶属函数值，然后对各物种隶属函数值求平均值，得出综合评价指标值，其值越大，说明抗旱性能越强。计算公式为:式中:X为各物种的某一指标抗旱系数，Xmax和Xmin分别为3种植物中指标的最大值和最小值，X(u)为植物的抗旱隶属函数均值。如果指标与抗旱性呈正相关，则用式(2)计算;如果指标与抗旱性呈负相关，则用式(3)计算。

4．3灰色关联分析按照灰色系统理论要求，将3种植物的抗旱性及6个指标作为一个整体，即灰色系统。设植物抗旱隶属函数均值为参考数列X0，相对含水量、相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、叶绿素含量的抗旱系数分别作为比较数列X1，X2，X3，X4，X5，X6。利用计算机在DPS处理系统平台菜单下选择“其它→关联分析”功能项，分辨系数取常规值0．5，执行灰色关联分析，得出3种植物各指标与抗旱性的关联度与关联序。

结果与分析

1干旱胁迫下植物生理生化特征的变化

从图1可以看出，在干旱前12d，3种植物各指标变化趋势相对平缓，受干旱胁迫影响较小，12d以后，各指标变化趋势有所加快，说明植物受干旱影响的程度逐渐加重。在整个干旱期内，不同植物、不同指标间又表现出一定差异性。其中，红三叶的叶片相对含水量和相对电导率变化明显高于草地早熟禾和狗牙根，说明其水分亏缺严重，细胞质膜透性增强;3种植物的丙二醛含量在干旱12d以后均呈显著上升趋势，胁迫结束时，草地早熟禾、狗牙根和红三叶的丙二醛含量分别比对照上升了289．4%，283．1%和291．9%，说明植物器官在干旱条件下发生了膜脂过氧化作用;3种植物的可溶性糖含量在干旱前16d变化趋势相对缓慢，之后加速上升，到第20d时达到峰值，之后缓慢下降，可能与植物在干旱20d后失水严重有关;草地早熟禾和狗牙根的脯氨酸含量分别在干旱16d和干旱12d后才出现快速上升趋势，说明其能抵抗较长时间的干旱胁迫，而红三叶在干旱8d以后即快速上升，至第20d时出现最大值，是对照的57．47倍，之后呈逐渐下降趋势，可能是植物体内的酶因受伤害而失去活性，最终阻碍脯氨酸的合成并利用了一部分脯氨酸;随着干旱不断加重，植物叶绿素含量逐渐下降，光合作用受阻，其中以红三叶叶绿素含量下降最大，狗牙根次之，草地早熟禾最小。

2植物抗旱性能综合评价

利用隶属函数法，对供试植物在干旱前期(1～12d)、干旱中期(13～20d)和干旱后期(21～28d)所表现出的抗旱性状进行综合评价(表1)。其中，干旱前期、中期、后期分别以第8d和第12d、第16d和第20d、第24d和第28d各指标测定值的平均抗旱系数为基准。从表1可以看出，3种植物在不同干旱期内抗旱性能存在一定差异。即在干旱前期和中期，狗牙根的抗旱性最好，3种植物的抗旱性能为:狗牙根＞红三叶＞草地早熟禾;在后期，草地早熟禾的抗旱性能则高于狗牙根和红三叶，3种植物的抗旱性为:草地早熟禾＞狗牙根＞红三叶。

3不同生理生化指标对干旱胁迫的敏感性分析

根据灰色系统理论，若某指标与抗旱性的关联度越大，则说明该指标与植物抗旱性的关系越密切，对干旱胁迫的反应越敏感。从表2可以看出，3种植物的抗旱性与各指标的关联度从大到小依次为:0．708，0．694，0．638，0．630，0．609和0．607。各指标对植物抗旱性的影响以叶绿素含量和相对含水量最大，对干旱胁迫最为敏感，其次为脯氨酸含量和丙二醛含量。各指标的关联度均大于0．6，处于较强关联水平。

结论与讨论

植物的抗旱性是其适应干旱环境的一种生理反应，是从植物形态结构、生理生化反应到组织细胞、光合器官以及原生质结构的综合反应。随着胁迫时间的增加，草地早熟禾、狗牙根、红三叶的相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量均呈递增趋势，相对含水量和叶绿素含量呈递减趋势，但3种植物对干旱的反应存在差异。隶属函数分析结果表明，干旱前期和中期植物的抗旱性能为:狗牙根＞红三叶＞草地早熟禾;而在干旱后期，植物的抗旱性为:草地早熟禾＞狗牙根＞红三叶。即狗牙根在短期内的抗旱性能较强，但随着干旱时间的增加，其耐旱抗旱能力逐渐减弱并低于草地早熟禾;红三叶的抗旱性先是处于狗牙根和草地早熟禾之间，在干旱后期，其抗旱性能最弱;草地早熟禾尽管在干旱前期、中期的抗旱性均低于狗牙根和红三叶，但在胁迫期结束时，与其他植物相比，草地早熟禾仍能保持一定的抗旱能力，说明其在持续干旱下具有稳定的抗旱能力，应在干旱、半干旱地区岩石边坡生态修复工程中引起重视。

不同生理生化指标在逆境条件下的响应机制和扮演的角色各不相同。本研究灰色关联分析结果显示:各生理生化指标与植物抗旱性隶属函数值的关联度强弱顺序为:叶绿素＞相对含水量＞脯氨酸含量＞丙二醛含量＞可溶性糖含量＞相对电导率。即叶绿素含量和相对含水量对干旱胁迫的反应最为敏感，各指标与植物的抗旱性关联度在0．60～0．71之间，关联性较强。植物含水量与其代谢活动密切相关，干旱胁迫下，植物首先表现出体内含水量的下降，而水分的下降会导致植物的光合速率下降，叶绿素合成受阻。一般情况下，抗旱性强的植物具有较高的相对含水量，从而有效保护叶绿体结构以维持有效的光合作用。因此，叶绿素含量和相对含水量与植物抗旱性关联度最大，这与前人的研究结果一致。丙二醛是植物器官在干旱胁迫下发生膜脂过氧化作用的主要产物之一，能破坏细胞膜的结构和功能，引起细胞膜功能紊乱，常用来了解膜脂过氧化的程度以及植物抵抗逆境条件的能力大小。与丙二醛相反，植物体内游离脯氨酸和可溶性糖对细胞具有渗透调节及保护细胞膜结构稳定的作用，常以高峰期出现的早晚及此时的含量高低来评价其抗旱能力，即高峰期出现迟且含量高者抗旱性强，反之抗旱性较弱。本试验干旱胁迫中、后期，植物在受伤害程度加重的情况下，因自我保护和适应干旱环境而产生较多的脯氨酸和可溶性糖以维持细胞的水分和渗透压，提高叶片光合效率，稳定细胞质膜透性，缓解膜脂过氧化作用，从而适应和抵御干旱环境。研究表明以上6个指标对抗旱性植物的选择具有重要贡献。

综上所述，3种供试植物对干旱胁迫环境均能产生一定的抗旱机制，它们通过积累一定数量的脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质来平衡体内水分，维持细胞代谢活动以抵抗干旱环境。3种植物对干旱胁迫的不同之处，可为岩石边坡生态修复植物选择提供理论依据。