全 文 :书绿洲-荒漠过渡带四种植物
光合及生理特征的研究
张利刚1,2,3,曾凡江1,3,刘波1,2,3,刘镇1,2,3,安桂香1,2,3,李海峰1,2,3,袁娜4
(1.中国科学院新疆生态与地理研究所,新疆 乌鲁木齐830011;2.中国科学院研究生院,北京100049;3.新疆策勒荒漠
草地生态系统国家野外科学观测研究站,新疆 策勒848300;4.西北农林科技大学资源环境学院,陕西 杨凌712100)
摘要:绿洲-荒漠过渡带植被的恢复和更新在过渡带生态环境建设中具有重要意义。通过对多枝柽柳,梭梭,头状
沙拐枣和沙枣的光合特性、水势(ψ)以及生理指标的研究,结果表明,1)4种植物光响应曲线变化趋势基本一致,均
表现为净光合速率(A)随着光合有效辐射(PAR)的增大迅速增大,当PAR达到了植物的光饱和点之后,A出现下
降的趋势;作为C4 植物的头状沙拐枣和梭梭都具有较高的光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP),体现出了C4 植物特
有的高光合的优势,而其他一些光合参数K,Amax,Rday的变化规律并不完全一致;2)4种植物中,梭梭具有较低的清
晨和正午水势,说明梭梭主要依靠夜间水分恢复能力来应对干旱环境;清晨水势除头状沙拐枣和沙枣之间差异不
显著外,其他植物种之间的差异均达到了极显著水平(犘<0.01),正午水势除多枝柽柳和沙枣之间差异不显著,其
他植物种之间的差异也都达到了极显著水平(犘<0.01);3)4种植物中脯氨酸和可溶性糖的变化较为一致,头状沙
拐枣均显著高于其他3种植物(犘<0.05);而丙二醛含量最高的是沙枣,最低的为头状沙拐枣和梭梭,除头状沙拐
枣和梭梭之间差异不显著之外,其他植物种之间的差异均达到显著水平(犘<0.05);4)在相关分析的基础上运用平
均隶属函数法对这4种植物进行抗旱性排序,结果表明,4种植物的抗旱性强弱顺序依次是梭梭>多枝柽柳>沙枣
>头状沙拐枣。
关键词:绿洲-荒漠过渡带;生理指标;渗透物质;光合特性
中图分类号:Q945.11 文献标识码:A 文章编号:10045759(2012)01010309
位于塔克拉玛干沙漠南缘的绿洲-荒漠过渡带降水稀少,自然植被稀疏,风沙危害严重,并且受到多种胁迫
的影响以及自然植被的过度砍伐与放牧,使得荒漠化程度进一步加剧。如何恢复、扩大现有的植被面积,协调植
被保护与利用之间的关系是过渡带生态环境建设面临的主要难题。多枝柽柳(犜犪犿犪狉犻狓狉犪犿狅狊犻狊狊犻犿犪),梭梭
(犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀),头状沙拐枣(犆犪犾犾犻犵狅狀狌犿犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲)和沙枣(犈犾犪犲犪犵狀狌狊犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪)是该区
域重要的广泛分布的植物群落,它们不仅具有较强的适应干旱荒漠环境的特征,而且具有防风固沙、保护绿洲的
功能。前人对4种植物生理生态学方面的研究很多,主要集中在它们各自生境下的研究,苏培玺等[1]对梭梭和头
状沙拐枣的光合特征以及水分利用效率进行了比较,曾凡江等[2]对多枝柽柳的水分生理特征进行了研究,闫海龙
等[3]在不同水分处理下比较了多枝柽柳、头状沙拐枣以及梭梭的光合特性,刘世荣等[4]研究了沙枣在不同地下水
位条件下的光合生理特征。
光合作用是植物有机物质积累、生长发育的主要源头[5],是一个极其复杂的生理过程,受植物本身生理特性
和环境因素的共同影响[6],其中光照和水分是影响光合作用进程的重要因素[7]。水分是影响塔克拉玛干沙漠南
缘荒漠-绿洲过渡带植被分布和生长的主要限制因素,由于长期干旱导致的水分亏缺,直接(光合原料减少)或间
接(气孔关闭、酶失活等)地影响光合作用效率,成为植物光合作用最大的限制因素[8]。因此,了解荒漠植物在特
定生境中的光合以及水分生理特性非常重要。有关植物光合响应特性的研究大多集中在植物受到胁迫时光合参
数的变化[911],可以反映植物对不同生境的适应性[12],国内外有许多人对植物水分关系以及如何合理利用有限的
水资源进行植被恢复进行了研究[1315],也有人将植物光合特性与水分特征相结合,大多数是在讨论植物受水分胁
第21卷 第1期
Vol.21,No.1
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
103-111
2012年2月
收稿日期:20110228;改回日期:20110415
基金项目:国家科技支撑计划项目(2009BAC54B01)资助。
作者简介:张利刚(1985),男,山西吕梁人,在读硕士。Email:zlgshine2006@163.com
通讯作者。Email:fjzeng369@sohu.com
迫时的光合作用特征[1618]。本研究以人工种植的绿洲防护林为研究对象,从光合、水分生理特征等方面对4种植
物进行了对比,分别比较了每种植物对同一生境的适应差异性,以期为绿洲-荒漠过渡带的恢复和保护,绿洲前
沿生态环境的改善提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区自然概况
研究区位于塔克拉玛干沙漠南缘的墨玉县绿洲-荒漠过渡带(N37°27′12″,E79°45′21″)。该区域属暖温带
干燥荒漠气候,降水稀少,年平均降水量为32.5mm,蒸发量2239mm,光照充足,年日照时数为2655h,无霜期
177d,昼夜温差大。年平均气温11.3℃,1月平均气温-6.5℃,7月平均气温24.8℃,极端最低气温-18.7℃。
春夏多大风,有沙尘暴,风向多西北风和西风。境内野生植物有甘草(犌犾狔犮狔狉狉犺犻狕犪狌狉犪犾犲狀狊犻狊)、大芸(犆犻狊狋犪狀犮犺犲
狊犪犾狊犪)、芦苇(犘犺狉犪犵犿犻狋犲狊犪狌狊狋狉犪犾犻狊)、胡杨(犘狅狆狌犾狌狊犲狌狆犺狉犪狋犻犮犪)、柽柳、沙枣、罗布麻(犃狆狅犮狔狀狌犿spp.)等。
1.2 实验材料
本实验以人工种植的多年生多枝柽柳、梭梭、头状沙拐枣和沙枣作为研究对象,在相同的管理条件下,于
2010年7、8月分别调查4种植物的光合能力和水势变化,同时测定相关的生理生态指标。本研究中所用数据为
2010年8月份调查结果。
1.3 研究方法
1.3.1 光响应曲线 选择8月的晴朗天气,于10:00使用Li6400便携式光合作用测定系统(LiCor,lincoln,
USA)分别测定4种植物的光合响应曲线。测定光响应曲线时,使用2cm×3cm自带红蓝光源叶室和二氧化碳
注射器,分别控制光强和二氧化碳浓度。设定光强梯度为:2000,1800,1500,1200,1000,800,600,400,200,
150,100,50,0μmol/(m
2·s),分别测定不同光强所对应的净光合速率。参照二氧化碳浓度设定为400
μmol/mol,考虑到沙漠地区温度较高,故所有实验均控温为30℃。每种植物选取3株重复,每株选取向阳的中上
部当年生成熟健康叶片,取其平均值。
光响应曲线的相关参数利用 Walker[19]提出的模型和A与PAR拟合的二次方程[20]求导计算,模型函数表
达式为:
犃=犘犃犚+犃max-
(犘犃犚+犃max)2-4犓犘犃犚犃槡 max
2犓 -犚犱犪狔
式中,犃为净光合速率(μmol/m
2·s);为表观量子效率(μmol/μmol);犃max为最大光合速率(μmol/m
2·s);犚犱犪狔
为暗呼吸速率(μmol/m
2·s);犘犃犚为光合有效辐射(μmol/m
2·s);犓 为曲角。用SPSS统计分析软件中的非线
性回归方法估计模型中的各个参数[21],对光响应曲线的初始部分(犘犃犚<200μmol/m
2·s)进行线性回归,它与
X轴的交点即为光补偿点(lightcompensationpoint,LCP,μmol/m
2·s)[22];光饱和点(lightsaturationpoint,
LSP,μmol/m
2·s)的计算则利用犃与犘犃犚 拟合的二次方程求导得到。
测定结束后将所测定的植物叶片剪下,利用扫描仪扫描后用DeltaTScan软件(Cambridge.UK)计算实际
的叶面积,最后按照实际叶面积利用模型和二次方程求导换算出叶片实际的各项光合参数。
1.3.2 水势的测定 在测定光响应曲线的同一天,用压力室(PMS,USA)测定4种植物的清晨水势和正午水
势。清晨水势测定时间为6:30-7:00,正午水势测定时间为14:00-14:30,每种植物取5个重复,分别在不同植
株上选取,每株选取向阳的中上部当年生成熟健康叶片,数据平均值即为特定时刻的水势。
1.3.3 生理指标的测定 叶绿素(Chl)含量、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖含量的测定,参照
李合生等[23]的方法。
1.4 抗旱性综合评价
本实验采用模糊数学中的隶属函数值法[24]对不同植物种各个抗旱指标进行综合定量评价。采用公式(1)和
(2)分别计算与抗旱性呈正相关和负相关的指标具体隶属函数值:
狌(犡犻犼)=(犡犻犼-犡犻min)/(犡犻max-犡犻min) (1)
401 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
狌(犡犻犼)=1-(犡犻犼-犡犻min)/(犡犻max-犡犻min) (2)
式中,犡犻犼指犻植物种犼性状的耐旱系数;犡犻min指性状中最小值;犡犻max指性状中最大值;狌(犡犻犼)为犻植物种犼性状的
隶属函数值。将不同植物种隶属函数值累加,并计算其均值,均值大者抗旱性较强。
1.5 数据处理
所有数据的处理和统计分析均在Excel2003和SPSS13.0统计软件上完成,采用onewayANOVA方法进
行方差分析;采用LSD(犘=0.05)进行显著性检验;采用Oringin8.0绘图。
2 结果与分析
2.1 4种植物光合响应特征
2.1.1 光合特征曲线 在同一生境条件下,4种植物的光响应曲线变化趋势基本是一致的(图1),净光合速率
(A)随着光合有效辐射(PAR)的增大迅速增大,当PAR增大到一定程度,A的增幅渐趋平缓,即达到了植物的光
饱和点,之后随着PAR的进一步增大,A有下降的趋势。4种植物的光响应曲线高低变幅的不同反映了它们在
同一生境下光能利用效率的不同。
采用Walker模型以及二次方程求导的方法对4种植物的光响应曲线进行了拟合计算,结果显示各方程的决
定系数均在0.9以上,说明这种方法适合于该环境下的植物,较好地反映了各种植物叶片的光合响应过程。
图1 4种植物的光响应曲线
犉犻犵.1 犔犻犵犺狋狉犲狊狆狅狀狊犲犮狌狉狏犲狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊
2.1.2 4种植物光响应特征参数 最大净光合速率(Amax)由高到低依次是沙枣、头状沙拐枣、梭梭、多枝柽柳
(表1)。4种植物的表观量子效率()从大到小依次是沙枣、梭梭、头状沙拐枣、沙枣。暗呼吸速率(Rday)表示的
是植物在没有光照的呼吸速率,梭梭的暗呼吸速率最大,其次是头状沙拐枣、沙枣,多枝柽柳最小。光饱和点
(LSP)反映了植物利用光强的能力,其值高说明植物在受到强光照射时生长发育不易受到抑制。光补偿点
(LCP)反映的是植物叶片光合作用过程中光合同化作用与呼吸消耗相当时的光强,头状沙拐枣的LSP和LCP
均为最高,其次是梭梭,多枝柽柳的LSP最小,LCP最小的是沙枣。
501第21卷第1期 草业学报2012年
表1 4种植物光响应参数比较
犜犪犫犾犲1 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狋犺犲犾犻犵犺狋狉犲狊狆狅狀狊犲犿狅犱犲犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊
植物种
Plant
曲角
Convexity
(K)
最大光合速率
Maxphotosynthetic
rate(Amax)
表观量子效率
Apparentquantum
yield()
暗呼吸速率
Darkrespiration
rate(Rday)
光饱和点
LSP
光补偿点
LCP
多枝柽柳犜.狉犪犿狅狊犻狊狊犻犿犪 0.96±0.01a 10.06±1.86a 0.04±0.00a 3.06±0.96a 1205.56±231.01a78.20±17.31ab
梭梭犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀 0.92±0.06a 16.76±3.82ab 0.05±0.01ab 4.79±0.96a 1272.78±44.31a 99.77±4.16a
头状沙拐枣犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲 0.92±0.04a 17.43±2.14ab 0.04±0.00a 3.87±0.16a 1312.22±127.26a97.84±5.66a
沙枣犈.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪 0.98±0.01a 18.56±1.83b 0.07±0.01b 3.19±0.34a 1104.17±43.50a 49.60±5.54b
注:同列数值后不同字母表示差异达显著水平(犘<0.05)。
Note:Differentletterswithinthesamecolumnindicatedsignificantdifferenceat5%level.
2.2 清晨和正午水势
图2 4种植物清晨和正午水势比较
犉犻犵.2 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犱犪狑狀犪狀犱狆狅狊狋犿犲狉犻犱犻犪狀
狑犪狋犲狉狆狅狋犲狀狋犻犪犾狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊
水势是植物水分状况的重要指标之一。清晨水
势可以反映植物水分的恢复状况,可以用来判断植
物水分亏缺的程度[16]。植物水势的变化是对外界
环境条件变化的综合反映,土壤水分和盐分以及气
候因子的变化被看作是影响植物水势的主要因
子[25]。
4种植物的清晨和正午水势变化趋势基本一致
(图2)。梭梭的清晨和正午水势均为最低,分别为
-2.80和-4.37MPa,清晨水势由低到高依次为
梭梭、多枝柽柳、头状沙拐枣和沙枣;而正午水势依
次为梭梭、多枝柽柳、沙枣和头状沙拐枣,经检验,清
晨水势除头状沙拐枣和沙枣之间差异不显著外,其
他植物种之间的差异均达到了极显著水平(犘<
0.01);正午水势除多枝柽柳和沙枣差异不显著,其他植物种之间的差异也都达到了极显著水平(犘<0.01)。
2.3 4种植物生理指标及光合色素含量比较
2.3.1 4种植物生理特征 MDA的含量由高到低依次是沙枣、多枝柽柳、头状沙拐枣和梭梭(图3),含量分别
为0.063,0.026,0.015和0.015μmol/g。经检验,头状沙拐枣和梭梭之间的差异不显著,其余各植物种之间的
差异均达到极显著水平(犘<0.01)。可溶性糖含量由高到低依次为头状沙拐枣、沙枣、多枝柽柳和梭梭,分别为
17.848%,10.678%,8.935%,6.602%。经检验,头状沙拐枣和其他3种植物之间的差异均达到显著水平(犘<
0.05),其中,头状沙拐枣和多枝柽柳、梭梭之间的差异达到了极显著水平(犘<0.01),而其他植物种之间的差异
均不显著。
脯氨酸是植物体内最重要的渗透调节物质之一,脯氨酸的含量一定程度上反映了植物的抗逆性,当植物遇到
逆境时脯氨酸迅速增加以自动调节细胞的渗透能力,可在一定程度上提高植物对环境渗透胁迫的适应性,从而提
高其抗性[26]。脯氨酸含量由高到低依次是头状沙拐枣、沙枣、多枝柽柳和梭梭,经检验,4种植物脯氨酸含量的差
异均达到极显著水平(犘<0.01)(图3)。
2.3.2 叶绿素含量 叶片中的光合色素直接参与了光合作用过程中光能的吸收、传递和转化,光合色素含量直
接影响植物的光合作用,其中叶绿素含量的高低在很大程度上反映了植株的生长状况和叶片的光合能力[27]。4
种植物叶绿素含量存在一定的差异性,叶绿素a和叶绿素b含量的变化趋势一致(图3),从大到小依次为沙枣、
梭梭、多枝柽柳、头状沙拐枣,其中,沙枣的叶绿素a和叶绿素b含量最高,分别是13.43和5.14mg/g,经检验,除
多枝柽柳和头状沙拐枣之间的叶绿素含量差异不显著之外,其他植物种之间的差异均达到极显著水平(犘<0.01)。
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图3 4种植物光合色素含量以及生理指标的比较
犉犻犵.3 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳狋犺犲犮狅狀狋犲狀狋狅犳狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狋犻犮狆犻犵犿犲狀狋犪狀犱狆犺狔狊犻狅犾狅犵狔犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊
2.4 4种植物抗旱性比较
本研究选取7个生理指标作为抗旱性评价指标,计算结果表明(表2),4种植物平均隶属函数值分别为
0.507,0.546,0.461和0.506,由此得出4种植物抗旱性表现为梭梭>多枝柽柳>沙枣>头状沙拐枣。
表2 4种植物抗旱性比较
犜犪犫犾犲2 犆狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犱狉狅狌犵犺狋狉犲狊犻狊狋犪狀犮犲狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊
植物种类Plant
隶属函数值Subjectionfunctionvalue
叶绿素a
Chla
叶绿素b
Chlb
丙二醛
MDA
可溶性糖
Solublesugar
脯氨酸
Proline
清晨水势Early
morningpotential
正午水势
Middaypotential
平均值
Average
排序
Compositor
多枝柽柳犜.狉犪犿狅狊犻狊狊犻犿犪 0.482 0.600 0.506 0.400 0.662 0.500 0.400 0.507 2
梭梭犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀 0.643 0.589 0.558 0.339 0.378 0.556 0.757 0.546 1
头状沙拐枣犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲 0.513 0.560 0.533 0.391 0.530 0.400 0.300 0.461 4
沙枣犈.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪 0.413 0.390 0.591 0.590 0.483 0.523 0.550 0.506 3
3 讨论
3.1 4种植物光合模型参数的比较
在一定的环境条件下,叶片的最大净光合速率(Amax)反映了植物叶片的最大光合能力[28]。本研究中最大净
光合速率由高到低依次是沙枣、头状沙拐枣、梭梭、多枝柽柳,表明4种植物中沙枣具有最强的光合能力。
表观量子效率()是反映植物在弱光下吸收、转换和利用光能能力的指标[29],是光合作用中光能转化效率
的指标之一。一般情况下,植物表观量子效率在0.03~0.07[30],该值高,说明植物叶片光能转化效率高。本研究
显示,沙枣的表观量子效率最大,为0.066μmol/μmol,其次是梭梭、头状沙拐枣,最小的是多枝柽柳,说明在同一
701第21卷第1期 草业学报2012年
生境下,沙枣和梭梭对环境具有较好的适应性,4种植物之间的差异可能是由于不同植物所在地块土壤含水量之
间的差异导致的。有研究表明,水分亏缺和水分过多都会导致植物表观量子效率降低,但在不同植物上,土壤水
分与表观量子效率的定量关系还不十分清楚[31]。
暗呼吸速率(Rday)反映的是植物在没有光照条件下的呼吸速率[32],与叶片的生理活性有关。当植物受到干
旱胁迫时,植物的叶片生理活性会降低,可以在一定程度上减少对光合产物的消耗,有利于抵御干旱胁迫对植物
干物质积累的影响[33]。4种植物的暗呼吸速率值由高到低依次是梭梭、头状沙拐枣、沙枣、多枝柽柳,说明在同一
生境下,梭梭和头状沙拐枣能够较好的抵御胁迫。
光补偿点(LCP)是植物利用弱光能力大小的重要指标,该值越小表明植物利用弱光的能力越强。光饱和点
(LSP)是植物利用强光能力大小的指标[34]。LCP和LSP均是头状沙拐枣最高,其次是梭梭,说明在相同的环境
条件下,头状沙拐枣和梭梭对弱光和强光的利用能力都较强,这可能是由于头状沙拐枣和梭梭均为C4 植物,一般
认为,C4 植物在干旱、强光、高温及低CO2 浓度下具有保持高效光合的特点,与C3 植物相比,对干旱高温环境有
着更强的适应耐受能力[35]。
3.2 4种植物水势的比较
植物水势是衡量植物水分状况的重要指标之一[36]。清晨水势反映植物水分的恢复状况,午后水势反映植物
当天所受水分胁迫的程度[37]。Sobrado和Turner[38]认为受到水分胁迫的植物,其清晨水势会发生明显的下降。
从本实验结果来看,梭梭清晨和正午水势值都是最低的,说明梭梭主要依靠夜晚良好的水分恢复能力来应对干旱
环境。在外界环境条件基本一致的情况下,头状沙拐枣保持了较高的清晨和正午水势,这与李向义等[39]的研究
结果一致,这可能与头状沙拐枣作为C4 植物,绿色同化枝取代了叶片,蒸腾面积极大缩小,减少了水分损失有关。
沙枣清晨水势较高,但是正午水势有很大程度的降低,说明沙枣整体受水分胁迫比较严重。而多枝柽柳则不同,
虽然正午水势也比较低,但是清晨水势恢复状况良好,相比沙枣,多枝柽柳更能忍受相对多的水分损失。
3.3 4种植物光合生理指标的比较
光合色素的含量直接影响植物的光合作用,叶片中的光合色素直接参与了光合作用过程中光能的传递、吸收
和转化[40]。叶绿素含量的高低是反映植物光合能力的重要指标之一。植物叶片中叶绿素含量的高低取决于立
地条件及不同植物种间的差别。一般认为在弱光条件下,单位叶面积的叶绿体数目减少,单位重量叶绿素含量增
加,可以提高植物对弱光的利用率[41]。本实验中,沙枣的叶绿素含量最大,其次是梭梭,多枝柽柳,而头状沙拐枣
的叶绿素含量最小。不同植物种叶绿素含量的差异性表明,沙枣和梭梭具有更好的适应弱光环境的能力。
3.4 4种植物生理指标的比较
渗透调节物质的产生是植物对逆境的一种适应性反应,主要作用就是完全或部分地维持细胞膨压,从而有益
于其他生理生化过程[42]。
脯氨酸和可溶性糖均为渗透调节物质。张美云等[43]认为,在一定限度内的胁迫下脯氨酸可能先于可溶性糖
的积累,也先于可溶性糖的停止积累,二者可能有互为补偿的作用。而且有报道认为在逆境胁迫下脯氨酸和可溶
性糖含量的升高增强了植物体对胁迫环境的适应性。从本实验的结果来看,4种植物脯氨酸和可溶性糖含量的
变化趋势基本一致,均是头状沙拐枣最高,其次是沙枣,多枝柽柳,最小为梭梭,这也在一定程度上反映各个植物
种适应干旱环境的能力,说明相比其他植物,头状沙拐枣适应胁迫环境的能力更强。然而任文伟等[44]认为不能
简单的根据植物体内的游离脯氨酸浓度的高低以及胁迫后脯氨酸的积累情况来确定植物的抗性。因此,要准确
比较4种植物的抗逆性,还需要做进一步的研究。
丙二醛含量的变化是反映细胞膜脂过氧化作用强弱的一个重要指标,在相同干旱胁迫下丙二醛含量增幅小
的品种较耐旱,增幅越大的品种耐旱力越低[45]。从本实验结果可以看出,在相同的环境条件下,梭梭的丙二醛含
量是最低的,头状沙拐枣、多枝柽柳、沙枣依次增大,据此认为梭梭的耐旱力最强,沙枣最弱。
以上这些共同的变化特点表明,在相同的环境条件下,植物对环境的适应在总体上有一致性。但各参数变化
程度的不同、不同植物种之间适应差异性则反映了不同植物种对环境胁迫在生理适应方式上的不同。
801 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
3.5 4种植物抗旱性综合评价
以隶属函数平均值为指标,对4种植物的抗旱性进行了综合评价。结果表明,4种植物的抗旱性强弱顺序依
次是梭梭>多枝柽柳>沙枣>头状沙拐枣。这与植物水势,生理指标变化趋势并不完全一致,说明不同植物种对
同一生境条件的适应具有一定差异性。
4 结论
尽管4种植物在同一生境下的光合响应曲线表现出一致的趋势,体现了植物对环境条件适应的一致性。而
且,超旱生植物头状沙拐枣和梭梭均表现出C4 植物特有的高光合优势,二者都具有较高的光饱和点和光补偿点,
而多枝柽柳和沙枣相对则较低。
从本实验结果来看,4种植物光合参数以及生理指标的变化趋势并不完全一致,这可能是由于植物种之间的
个体差异以及不同植物对同一生境适应的差异性所导致。
本研究只是在2010年8月的特定时段内对4种植物光合特性以及部分生理指标所作的测定和探讨,为了更
加系统、深入地了解不同植物对同一生境条件的适应性差异,今后还需要做大量细致的研究工作,以期为该区域
绿洲-荒漠过渡带自然植被的恢复提供时空尺度上的依据。
参考文献:
[1] 苏培玺,赵爱芬,张立新,等.荒漠植物梭梭和头状沙拐枣光合作用、蒸腾作用及水分利用效率特征[J].西北植物学报,
2003,23(1):1117.
[2] 曾凡江,张希明,李小明.多枝柽柳的水分生理特性研究进展[J].应用生态学报,2002,13(5):611614.
[3] 闫海龙,张希明,许浩,等.塔里木沙漠公路防护林3种植物光合特性对干旱胁迫的响应[J].生态学报,2010,30(10):
25192528.
[4] 刘世荣,赵广东,马全林.沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应、叶片光合作用及其对温度和光的反应[J].植物生
态学报,2003,27(2):223227.
[5] PasturGM,LencinasMV,PeriPL,犲狋犪犾.Photosyntheticplasticityof犖狅狋犺狅犳犪犵狌狊狆狌犿犻犾犻狅seedlingstolightintensityand
soilmoisture[J].ForestEcologyandManagement,2007,243(23):274282.
[6] VilalobosAE,PeláezDV.Influenceoftemperatureandwaterstressongerminationandestabilishmentofprosopiscaldenia
burk[J].JournalofAridEnvironment,2001,49:321328.
[7] O′ConnorTG,HainesLM,SnymanHA.InfluenceofprecipitationandspeciescompositiononphytomassofasemiaridAf
ricangrassland[J].JournalofEcology,2001,89:850860.
[8] 韩刚,赵忠.不同土壤水分下4种沙生灌木的光合光响应特性[J].生态学报,2010,30(15):40194026.
[9] 马清,楼洁琼,王锁民.Na+对渗透胁迫下霸王幼苗光合特性的影响[J].草业学报,2010,19(3):198203.
[10] 邓雄,李小明,张希明,等.四种荒漠植物的光合响应[J].生态学报,2003,23(3):598605.
[11] 张晓蕾,曾凡江,刘波,等.不同土壤水分处理对疏叶骆驼刺幼苗光合特性及干物质积累的影响[J].干旱区研究,2010,
27(4):649655.
[12] 韦兰英,曾丹娟,张建亮,等.岩溶石漠化区四种牧草植物光合生理适应性特征[J].草业学报,2010,19(3):212219.
[13] ThomasFM,ArndtSK,BruelheideH,犲狋犪犾.Ecologicalbasisforasustainablemanagementoftheindigenousvegetationin
aCentralAsiandesert:Presentationandfirstresults[J].JournalofAppliedBotanyangewandteBotanik,2000,74(56):
212219.
[14] 李向义,张希明,曾凡江,等.塔干南缘骆驼刺植被水分关系的研究[J].植物学报,2002,44(7):12191224.
[15] 许皓,李彦.3种荒漠灌木的用水策略及相关的叶片生理表现[J].西北植物学报,2005,25(7):13091316.
[16] 代微然,任健,毕玉芬.干旱对假俭草光响应曲线的影响[J].草业学报,2010,19(3):251254.
[17] 蒋高明,朱桂杰.高温强光环境条件下3种沙地灌木的光合生理特点[J].植物生态学报,2001,25(5):525531.
[18] 崔晓阳,宋金凤,张艳华.不同土壤水势条件下水曲柳幼苗的光合作用特征[J].植物生态学报,2004,28(6):794802.
[19] WalkerDA.AutonatedmeasurementofleafphotosyntheticO2evolutionasafunctionofphotonfluxdensity[J].Philosophi
calTransactionsoftheRoyalSocietyLondonB,1989,232:313326.
901第21卷第1期 草业学报2012年
[20] SuPX,ChenGD,YanQD,犲狋犪犾.PhotosyntheticregulationofC4desertplant犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀underdrought
stress[J].PlantGrowthRegulation,2007,51:139147.
[21] 李宇峰,萧浪涛,童建华,等.非直线双曲线模型在光合光响应曲线数据分析中的应用[J].农业基础科学,2005,21(8):
7679.
[22] 许大全.光合作用效率[M].上海:上海科学技术出版社,2002:3351.
[23] 李合生,孙群,赵世杰,等.植物生理生化实验原理和技术[M].北京:高等教育出版社,2000.
[24] 庄丽,陈亚宁,陈明,等.模糊隶属法在塔里木河荒漠植物抗旱性评价中的应用[J].干旱区地理,2005,28(3):367372.
[25] 付爱红,陈亚宁,李卫红,等.干旱、盐胁迫下的植物水势研究与进展[J].中国沙漠,2005,25(5):744749.
[26] 斯钦巴特尔,额尔登桑.不同抗旱品种胡麻苗中脯氨酸累积的差异[J].内蒙古师范大学学报:自然科学(汉文)版,1999,
28(1):5557.
[27] 李艳秋,夏新莉,尹伟伦.水分胁迫对4种草坪草光合色素及叶绿素荧光参数的影响[J].河南农业科学,2007,(1):69
72.
[28] IrynaIT,MichaelMB.Effectofdelayedfruitharvestonphotosynthesis,transpirationandnutrientremobilizationofapple
leaves[J].NewPhytologist,2004,164(3):441450.
[29] 李合生.现代植物生理学[M].北京:高等教育出版社,2002:125.
[30] 丘国维.植物光合作用的效率[A].植物生理学和分子生物学[M].北京:科学出版社,1992:236243.
[31] DaviesFS,FloreJA.Shorttermfloodingeffectsongasexchangeandquantumyieldofrabbiteyeblueberry(犞犪犮犮犻狀犻狌犿
犪狊犺犲犻狉犲犪犱犲)[J].PlantPhysiology,1986,81(1):289292.
[32] ColeyPD.Herbivoryanddefensivecharacteristicsoftreespeciesinalowlandtropicalforest[J].EcologicalMonographs,
1983,53(2):209233.
[33] 张淑勇,周泽福,夏江宝,等.不同土壤水分条件下小叶扶芳藤叶片光合作用对光的响应[J].西北植物学报,2007,
27(12):25142521.
[34] 伍维模,李志军,罗青红,等.土壤水分胁迫对胡杨、灰叶胡杨光合作用-光响应特性的影响[J].林业科学,2007,43(5):
3035.
[35] 龚春梅,宁蓬勃,王根轩,等.C3 和C4 植物光合途径的适应性变化和进化[J].植物生态学报,2009,33(1):206221.
[36] 曾凡江,AndreaFoetzki,李向义,等.策勒绿洲多枝柽柳灌溉前后水分生理指标变化的初步研究[J].应用生态学报,
2002,13(7):849853.
[37] PelaezDV,BooRM.PlantwaterpotentialforshrubsinArgentina[J].JournalofRangeManagement,1987,40(1):69.
[38] SobradoMA,TurnerNC.Acomparisonofthewaterrelationscharacteristicsof犎犲犻犾犻犪狀狋犺狌狊犪狀狀狌狌狊and犎犲犾犻犪狀狋犺狌狊狆犲狋犻狅
犾犪狉犻狊whensubjectedtowaterdeficits[J].Oecologia,1983,58(3):309313.
[39] 李向义,张希明,何兴元,等.沙漠-绿洲过渡带四种多年生植物水分关系特征[J].生态学报,2004,24(6):11641171.
[40] 朱军涛,李向义,张希明,等.灌溉对疏叶骆驼刺(犃犾犺犪犵犻狊狆犪狉狊犻犳狅犾犻犪)幼苗光合生理指标及渗透物质的影响[J].中国沙
漠,2009,29(4):697702.
[41] 邓蕾,李高扬,王艳,等.4种结缕草光合特性及叶绿素含量的比较研究[J].草原与草坪,2010,30(1):710.
[42] 李德全,邹琦,程炳蒿.植物在逆境下的渗透调节[J].山东农业大学学报,1989,(2):7580.
[43] 张美云,钱吉,郑师章.渗透胁迫下野生大豆游离脯氨酸和可溶性糖的变化[J].复旦学报,2001,40(5):558561.
[44] 任文伟,钱吉,马骏,等.不同地理种群羊草在聚乙二醇胁迫下含水量和游离脯氨酸含量的比较[J].生态学报,2000,
20(2):349352.
[45] 马双艳,姜远茂,彭福田,等.干旱胁迫对苹果叶片中甜菜碱和丙二醛及脯氨酸含量的影响[J].落叶果树,2003,(5):
14.
011 ACTAPRATACULTURAESINICA(2012) Vol.21,No.1
犛狋狌犱狔狅犳狋犺犲狆犺狅狋狅狊狔狀狋犺犲狊犻狊犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犪狀犱狆犺狔狊犻犮犪犾狊犻犵狀狊狅犳犳狅狌狉狆犾犪狀狋狊犪狋狋犺犲犱犲狊犲狉狋-狅犪狊犻狊犲犮狅狋狅狀犲
ZHANGLigang1,2,3,ZENGFanjiang1,3,LIUBo1,2,3,LIUZhen1,2,3,
ANGuixiang1,2,3,LIHaifeng1,2,3,YUANNa4
(1.XinjiangInstituteofEcologyandGeography,ChineseAcademyofSciences,Urumqi830011,China;
2.GraduateUniversity,ChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3.Qira
NationalStationforObservation&ResearchonDesertGrasslandEcosystem,
Qira848300,China;4.ColegeofResourcesandEnvironment,Northwest
Agriculture&ForestryUniversity,Yangling712100,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Thephotosynthesischaracteristicandthewaterpotentialoffourplants:犜犪犿犪狉犻狓狉犪犿狅狊犻狊狊犿犪,
犎犪犾狅狓狔犾狅狀犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀,犆犪犾犾犻犵狅狀狌犿犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲and犈犾犪犲犪犵狀狌狊犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪werestudiedinthesame
environmentatthedesert-oasisecotoneofMoyucountyinthesouthfringeofTakelamkanDesertinAugustof
2010,weanalysedandcomparedthephysiologycharacteristicsofthefourplants.1)Amongthefourplants,
lightresponsecurvesarebasicalythesametrend,showedthatphotosyntheticrate(A)rapidlyincreaseswith
thephotosyntheticactiveradiation(PAR)increases,whenthePARreachedlightsaturationpoint,appearde
clinetrends;asC4plants,犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲and犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀havehigherlightsaturationpoint(LSP)
andlightcompensationpoint(LCP),whichembodiestheadvantageofthehighphotosynthesisofC4plants;
however,otherparametersofphotosynthesis,suchasAmax,andRday,arenotincompleteaccord;2)犎.犪犿
犿狅犱犲狀犱狉狅狀hasalowerearlymorningandmiddaywaterpotential,indicatingthat犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀relymainly
onwaterrecoverycapabilityatnighttocopewithdroughtenvironment;dawnwaterpotentialhadahighlysig
nificantlyexcept犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲and犈.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪(犘<0.01),middaywaterpotentialalsohadahighly
significantlyexcept犜.狉犪犿狅狊犻狊狊犻犿犪and犈.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪(犘<0.01);3)Changesofprolineandsolublesugar
aresimilar,thecontentin犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲ishigherthantheotherthreeplants(犘<0.05);The犈.犪狀犵狌狊狋犻
犳狅犾犻犪hasthehighestcontentofMDA,whilethecontentin犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲and犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀arelow
est;thecontentofMDAisdifferedsignificantlyexcept犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀and犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲(犘<0.05);
4)Basedontheanalysisintherelevantmembershipfunctionusingtheaverageoffourplantsfordroughtresist
anceinthisorder,theresultsshowthat:thefourplantsintheorderofdroughtresistanceis犎.犪犿犿狅犱犲狀犱狉狅狀
>犜.狉犪犿狅狊犻狊狊犻犿犪>犈.犪狀犵狌狊狋犻犳狅犾犻犪>犆.犮犪狆狌狋犿犲犱狌狊犪犲.
犓犲狔狑狅狉犱狊:desert-oasisecotone;physiologycharacteristics;osmolytes;photosynthesischaracteristic
111第21卷第1期 草业学报2012年