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Effects of Waterlogging Stress on the Growth and Photosynthesis of Sapium sebiferum

淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响


以1年生浙江兰溪和福建漳浦种源乌桕为试验材料,研究不同淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响。结果表明: 浙江种源在各淹水处理下苗木未出现死亡,而福建种源在涝渍处理下苗木全部死亡,浙江种源的耐涝性较福建种源强; 轻度淹水胁迫促进浙江种源苗木生长和光合作用,在涝渍胁迫下,高生长受到抑制,净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度均下降; 各淹水胁迫下,福建种源苗高和地径生长及总生物量均受到明显的抑制,净光合速率、气孔导度显著下降,胞间CO2浓度则随着胁迫时间的持续逐渐升高。

Growth status and photosynthesis of 1-year-old seedlings of two provenances of Sapium sebiferum (Zhejiang Lanxi & Fujian Zhangpu) were investigated in a 50-day flooding and waterlogging experiment. The results showed: all plants of provenances of Zhejiang provenances the survived under different stresses,while all plants of Fujian provenances died under the flooding stress and waterlogging stress,and therefore the Zhejiang provenances were more tolerant to the stresser. The growth and photosynthesis of Zhejiang provenances were promoted under the mild water stress,while the height growth and biomass were inhibited and net photosynthetic rate,stomatal conductance and intercellular carbon dioxide concentration were inhibited under the severe water stress (flooding and waterlogging), although there appeared hypertrophied lenticels and adventitious roots on submerged portions of stems. Under flooding stress,the net photosynthetic rate and stomatal conductance of Fujian provenances were decreased,but the intercellular carbon dioxide concentration increased.


全 文 :第 !" 卷 第 #$ 期
% $ # $ 年 #$ 月
林 业 科 学
&’()*+(, &(-.,) &(*(’,)
./01!"!*/1#$
2345!% $ # $
淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响
曹福亮6蔡金峰6汪贵斌6张往祥
"南京林业大学森林资源与环境学院6南京 %#$$8?#
摘6要!6以 # 年生浙江兰溪和福建漳浦种源乌桕为试验材料!研究不同淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响$
结果表明% 浙江种源在各淹水处理下苗木未出现死亡!而福建种源在涝渍处理下苗木全部死亡!浙江种源的耐涝性
较福建种源强& 轻度淹水胁迫促进浙江种源苗木生长和光合作用!在涝渍胁迫下!高生长受到抑制!净光合速率(气
孔导度(胞间 ’2% 浓度均下降& 各淹水胁迫下!福建种源苗高和地径生长及总生物量均受到明显的抑制!净光合速
率(气孔导度显著下降!胞间 ’2% 浓度则随着胁迫时间的持续逐渐升高$
关键词%6乌桕& 淹水胁迫& 生长& 光合作用
中图分类号! &?#@1!8666文献标识码!,666文章编号!#$$# =?!@@"%$#$##$ =$$A? =$A
收稿日期% %$$7 =$A =#@& 修回日期% %$$7 =## =#"$
基金项目% 国家自然科学基金资助项目"8$??#?$"# & 国家)十一五*科技支撑计划"%$$"F,D$8,$## $
Q44(<’$#47&’(5*#99-/9 )’5($$#/’"(X5#>’"&/3!"#’#$0/’"($-$#43",-)+*&8-=&()+
’9/aJ0H9N<6’9HGHN>MN<6i9N"1-6"5"-./-%"#*!"#-,%&"#$)? <)G+%-)9")*! Y$)4+)5 /-%"#*%0I)+G"%#+*06Y$)4+)5 %#$$8?#
;,$’5&<’%6WS/Z4L P494JP9NU RL/4/PVN4LMPHP/>#YVM9SY/0U PMMU0HN

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HN3SM9PMU5
=(0 >#53$%6F$:+,9#"8+."%,9& Z94MS0/<66水淹是植物主要非生物胁迫之一!它可以发生
在江河漫滩(盐沼(沼泽等多个生态系统中"谭淑端
等!%$$7#$ 我国长江(黄河等流域由于生态环境的
恶化!洪涝灾害频繁发生!造成巨大的经济损失$ 随
着人类对湿地干扰的日益剧烈!湿地植被严重退化!
动植物种类迅速减少!生物多样性下降$ 因此在湖
泊河流源头地区植树造林!改善生态环境!培育强抗
涝性种植材料是解决我国涝渍土地利用和沿海(沿
江地带洪涝灾害以及生物多样性下降等问题的根本
途径$
乌桕 " F$:+,9 #"8+."%,9# 属大戟科 ")JRL/STHY
93M9M#乌桕属" F$:+,9#植物!是我国重要的经济树
种$ 乌桕种子可榨取桕脂和桕油!两者皆为重要的
工业用油料& 乌桕木材质地坚(韧(细致!用途广泛&
叶(根(皮均可人药!其根皮叶及木材的浸出液可做
杀虫剂"刘东泽等!%$$8#& 另外!由于乌桕树季相变
化丰富!园林用途也十分广泛"张小红!%$$"#$
乌桕喜湿润气候环境!且能忍受较长时期的浸
泡"张克迪等!#77!#!国外有学者对乌桕在淹水胁
迫及盐淹胁迫下生长状况做了初步的研究"’/NNMS
"*$65!#77?#!但国内外对乌桕耐涝机理报道较少$
因此!本试验研究乌桕在淹水胁迫下生长和光合特
征的变化情况!为乌桕耐涝的生理机制研究提供参
考!并为乌桕在园林绿化以及栽培中充分发挥作用
提供一定的理论基础$
#6材料与方法
?@?A试验材料及试验设计
试验材料为 # 年生乌桕实生苗!分别来自浙江
林 业 科 学 !" 卷6
兰溪和福建漳浦$
%$$? 年 % 月中旬!挑选生长一致的苗木!进行
盆栽"直径 8$ 3;!高 8$ 3;#!每盆 % 棵!放置于南京
林业大学森林培育学科技示范园内!为保证苗木的
相对一致性!定植后进行平茬处理!苗木生长期间正
常浇水和维护管理$ %$$? 年 " 月 %! 日每种源挑选
!$ 盆生长一致的苗木!分为 ! 组!进行淹水处理!将
盆放在水槽里!水槽根据设计注水!! 个处理水平分
别为% ,水平为对照处理!土壤含水量为田间持水
量的 ?A_左右& F水平为轻度淹水胁迫!水面在土
壤表面以下#A 3;!模拟地下水位过高& ’水平模拟
自然状态下水渍危害!土壤含水量处于完全饱和状
态& D水平模拟涝害!土壤含水量过饱和!水面高于
土面 ! 3;左右$
?@DA测定方法
#1%1#6苗高#地径的测定6苗高用卷尺测量"精确
到 $1# 3;#!地径测定部位为高于土面 " 3;处!每
株用游标卡尺交叉测定 % 次"精确到 $1$% ;;#!取
平均值$
#1%1%6生物量的测定6淹水处理前和结束时各测
# 次!分根(茎(叶 8 部分分别称重!在 @$ d烘箱内
烘干至衡重!计算生物量及其分配$
表 ?A高生长进程及及相对增长率
B&,C?AB"(30/&6-<<"&/9(#4"(-9"’95#>’"&/35(*&’-K(95#>’"5&’(
种源
:S/[MN9N3M
处理
+SM94;MN4
不同时期苗高 \MHMSMN4U94Mh3;
$" =%! $? =$! $? =#! $? =%! $@ =$8 $@ =#8
相对生长率
IM094H[MS94Mh_
, ?#5@ g%17@9 7%1A gA1"?9T 7%1A" gA5"?9T ##@1"? g75?!9T #%@18! g@5@%9T #8?1%A g#$5A@9 7#1#"
浙江 F ?$5"@ g!1%"9 7A1!? gA1$89 7A1!? gA5$89 #%%1"8 g@5@!9 #8%1A8 g#%58!9 #!%1A? g#85789 #$#1?%
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D ?$57! g!1!"9 @817? g"1##T @817" g"5##T #$"1%8 g75873 ##!1!? g75@83 ##71?? g##5!"T "@1@8
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福建 F A#5!8 g81#79 "$1!8 g81$?T "?1A! g858#T ?81"8 g!5"%T ?@1"A gA5$%T @81?% g%5?"T "%1?@
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D A!58@ g%1A%9 A@1"? g81$"T "#1"? g%5A%T + + +
66
#1%186光合作用的测定6用 ::Y&VP4M;公司的
’(I,&Y# 型光合作用仪测定!每种源每处理测定 "
片叶子$
%6结果与分析
D@?A淹水胁迫对不同种源乌桕生长的影响
%1#1#6淹水胁迫下乌桕的外观表现及根系生长状
况6浙江种源在 F!’处理下!叶片形态与对照基本
一致!在 D处理中后期!下部叶片变黄脱落!上部叶
片出现紫色斑点$ 福建种源在 F水平处理下!叶片
形态与对照无显著差异!在 ’!D处理下!淹水至
#A ‘%$天时!生长几乎停滞!下部叶片枯萎死亡!至
%! 天时!D处理全部死亡!淹水 !A 天时!’处理下所
有植株死亡$
F处理下!浙江种源根系生长与对照基本一致!
至淹水 %$ 天!’处理下茎基部产生白色肥大皮孔!
茎与土壤接触部位产生不定根!浸没在水中的根系
侧根数量减少!颜色变黑!同时有一些粗的不定根产
生& D处理下!在淹水部位的茎上长出不定根并产
生颜色发白的肥大皮孔& 随淹水时间的延长!’!D
% 处理下不定根的数量进一步增多!但初生非木质
化的根几乎全部发黑死亡$ 福建种源在整个淹水过
程中!没有产生不定根和肥大的皮孔$ 根据淹水胁
迫下 % 种源乌桕外观表现及根系生长状况可知% 浙
江种源乌桕的耐涝性较福建种源强$
%1#1%6淹水胁迫对乌桕苗高的影响6淹水胁迫下
% 种源乌桕苗高生长差异显著 "表 ##$ 与对照相
比!F处理促进浙江种源苗高的生长!认为该种源乌
桕可以适应地下水位较高的环境且生长良好& ’!D
处理早期!高生长并没有受到明显的影响!直到淹水
%$ 天后!生长速度才明显减慢!且随涝渍胁迫强度
的加强!苗高所受到的影响也越明显$ 福建种源各
处理下高生长均受到明显抑制$
%1#186淹水胁迫对乌桕地径的影响6F!’!D处理
均促进浙江种源地径的生长!而以 F处理下增长率
最大"表 %#$ ’处理对福建种源地径增长的抑制作
用非常显著!至淹水 8$ 天时几乎停止生长!而在淹
水的末期甚至有一个降低的过程!可能是由于较长
时间的淹水处理!韧皮部和皮层开始腐烂导致$
%1#1!6淹水胁迫对不同种源乌桕生物量的影响6
不同淹水处理对乌桕生物量增长造成显著影响"表
8#$ 与处理前相比!浙江种源在 F处理下总生物量
较对照明显提高!’!D处理则抑制生物量积累$ 福
建种源在淹水胁迫下生物量均明显低于对照!在涝
渍胁迫下生物量增长率出现负增长!可能原因是绝
大部分的初生根系已经腐烂!且苗木落叶现象严重$
@A
6第 #$ 期 曹福亮等% 淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响
对 % 种源乌桕根冠比进行比较!浙江种源在
F处理下与对照差异不显著!说明轻度的淹水并不对
其造成影响& 福建种源在 F处理下的根冠比高于对
照!分析可知% 在轻度水分胁迫下!其根(冠与对照相比
相对增长率分别为=A81?#_和 ="81?"_!即根系减少
的幅度比较小!所以出现根冠比反而大于对照的现象$
表 DA地径生长及相对增长率
B&,CDAY0/&6-<<"&/9(#43-&6(’(595#>’"&/35(*&’-K(95#>’"5&’(
种源
:S/[MN9N3M
处理
+SM94;MN4
不同时期地径 WS/JNU UH9;M4MS949UH>MSMN4U94Mh;;
$" =%! $? =$! $? =#! $? =%! $@ =$8 $@ =#8
相对增长率
IM094H[MS94Mh_
, A17" g$17"9 ?1"% g#1!!9 @1A@ g#1"!9 718" g%18@3 #$1!@ g818%T #$1?" g%1!"T @$1A!
浙江 F "1#% g#1@%9 @1$% g#18%9 71"! g#18"9 ##1#" g%1$%9 #%1%@ g%1%9 #81A@ g%1A%9 #%#1@7
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D !1@A g#1%!9 A1%A g#1"?9 A1!# g#1%89 + + +
表 EA淹水胁迫前后苗木生物量及其组成"烘干质量# !
B&,CEAI"&/9(#4,-#6&$$,(4#5(&/3&4’(5>&’(5*#99-/9"350 >(-9"’#
种源
:S/[MN9N3M
处理
+SM94;MN4
淹水结束
,>4MSZ94MS0/<淹水开始
FM>/SMZ94MS0/<
I//4h<

&4M;h<

-M9>h<
总生物量
+/490TH/;9PPh<
根冠比
I//4YPL//4S94H/
根h茎干
I//4YP4M;S94H/
总生物量
+/490TH/;9PPh<
生物量增长率
FH/;9PP
HN3SM;MN4h_
, 8@1$79 !@1AAT 71%$T 7A1@!T $1""9 $1?@9 !%18? #%"1#7
浙江 F !!1!#9 A71@?9 #%1!A9 ##"1?89 $1"#9 $1?!T !%18? #?A1!7
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福建 F @1A8T #%178T 81%?T %!1?8T $1A89 $1""9 #@1A! 88187
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D !1#"3 ?1!A3 #1@?3 #81!@3 $1!AT $1A"T #@1A! =%?1#@
D@DA淹水胁迫对乌桕净光合作用的影响
%1%1#6淹水胁迫对乌桕净光合速率的影响6淹水
#$ 天时!与对照相比!% 种源在淹水胁迫下净光合速
率明显下降!且随胁迫程度的加重!降低的幅度增大
"图# # $浙江种源在8个水平的淹水处理下 !净光
图 #6淹水胁迫对净光合速率的影响
aH<5#6+LMM>M34/>Z94MS0/</N NM4RL/4/PVN4LMPHPS94M
下同 +LMP9;MTM0/Z5
合速率分别比对照下降 8?_!A8_和 A7_!而福建
种源下降幅度分别为 8%_!!7_和 ?7_$ 淹水 8$
天时!浙江种源在 F处理下的净光合速率比对照
高!在 ’!D处理下与对照相比降低 8$_和 8!_!与
淹水 #$ 天时相比!降低的幅度有所回升& 而福建种
源的变化趋势与淹水 #$ 天时的趋势相同!且下降的
幅度有增加的趋势!在 ’处理下净光合速率仅为
%1A% 5;/0’;% P!与对照相比!下降 @?_$ 淹水结束
时!浙江种源在 F处理下高于对照 %%_!在 ’!D处
理下净光合速率则比对照下降 8?_和 !%_!与淹水
8$ 天时相比下降的幅度有所加大& 福建种源在 F!
’!D处理下净光合速率显著下降$
%1%1%6淹水胁迫对乌桕气孔导度的影响6淹水胁
迫下!乌桕叶片气孔导度的变化与净光合速率的变
化相似!即对照和 F处理比 ’!D处理的高!但在不
同的测定时间又表现出一定的差异"图 %#$
淹水 #$ 天时!与对照相比!浙江种源在各淹水
胁迫下气孔导度分别下降 %!_!?"_和 ?A_& 福建
种源下降的幅度分别为 "8_!A@_和 @#_$ 淹水
7A
林 业 科 学 !" 卷6
8$ 天时!浙江种源在 F处理下与对照差异不显著!
在 ’!D处理下分别比对照下降 "8_和 A!_!下降
幅度较 #$ 天时有所回升& 福建种源气孔导度则随
淹水时间延长逐渐下降!在 F!’处理下分别比对照
低 A?_和 7!_$ 淹水结束时!F处理下浙江种源比
对照高 !"_!’!D处理比对照下降 A7_和 AA_& 福
建种源在 F处理下气孔导度仅为?" ;;/0’;=% P=#!
与对照相比下降 @A_!而涝渍胁迫下的植株均已
死亡$
图 %6淹水胁迫对气孔导度的影响
aH<5%6+LMM>M34/>Z94MS0/<%1%186淹水胁迫对乌桕胞间 ’2% 浓度的影响6在
淹水胁迫下!浙江种源叶片细胞间 ’2% 浓度与气孔
导度的变化趋势一致!即在淹水过程中!’!D处理
下叶片细胞间 ’2% 浓度要显著地低于对照和 F处
理"图 8#$ 福建种源细胞间’2% 浓度呈现出随胁迫
程度加重逐渐升高的趋势!并不随着气孔导度的下
降而下降$
图 86淹水胁迫对胞间 ’2% 浓度的影响
aH<586+LMM>M34/>Z94MS0/</N HN4MSN90’2% 3/N3MN4S94H/N
86讨论
E@?A淹水胁迫对乌桕外部形态及生长的影响
淹水过程中!浙江种源出现肥大皮孔和不定根!
这是耐淹木本植物对淹水的标志性形态反应"靖元
孝等!%$$$#!肥大皮孔(通气组织和不定根!可以提
高露于空气中吸收 2% 组织的总面积 "E/K0/ZP^H!
#77?#$ 福建种源没有形成不定根和肥大皮孔!这
可能是其对淹水敏感的原因之一$
研究表明% 涝渍胁迫影响乌桕的主干生长!使
其苗高生长降低$ 曹福亮等 "#778#认为淹水造成
苗木高生长降低的直接影响是阻碍节间的生长!间
接作用是通过阻止叶原基分化(叶片生长以及诱导
叶衰老(脱落等$ 淹水处理下!浙江种源地径增长比
对照大!可能是由于形成肥大的皮孔以及在茎基部
形成通气组织所致$
涝渍处理显著地抑制乌桕各器官的生长!阻碍
生物量的增加!这与唐罗忠等 "#77@ #对 % 种杨树
"J-:,6,##无性系的研究结果一致$ F处理则提高
了浙江种源的生物量!与侯嫦英 " %$$8 # 和杨静
"%$$?#对落羽杉 "U$=-?+,9 ?+#*+&’,9#的研究结果
一致!认为浙江种源对水淹不敏感!为喜湿树种!湿
度的水分胁迫可以促进其生长$
曹福亮等"#778#研究发现% 美洲黑杨无性系在
淹水处理后!根冠比增大& 唐罗忠等"#77@#研究发
现!杨树苗木根冠比均随着水分胁迫强度的增加而
提高$ 本试验研究表明% % 种源在涝渍胁迫下根冠
比与上述研究有所不同!即均要显著地低于对照和
F处理!表明涝渍胁迫对地下部分生长的影响更
严重$
E@DA淹水胁迫对乌桕光合作用的影响
植物对土壤淹水缺氧最敏感的响应就是气孔关
闭!气孔导度下降!叶片吸收 ’2% 的能力降低!从而
降低胞间 ’2% 浓度!而光合酶的底物变少则直接导
致净光合速率的降低"a9S]JL9S"*$65!#7@%#$
本试验研究发现% 涝渍胁迫下!% 种源乌桕叶
片净光合速率和气孔导度与对照相比!均有不同程
度的降低!这与 X3-M/U 等"#77"#对包括乌桕在内
的 ! 种造林树种在盐淹胁迫下的研究结果一致!与
烟草"Y+&-*+$)$ *-8$&,9# "曾淑华等!%$$A#(鹅掌楸
"E+%+-?")?%-) &’+)")#"# "张晓平! %$$!& 潘向艳!
%$$" #( 枫 杨 " J*"%-&$%0$ #*")-:*"%$ # 和 栓 皮 栎
"L,"%&,#G$%+$8+6+## "衣英华等! %$$" #(网纹甜瓜
"1,&,9+#9"6-# "刘义玲等!%$$7#等的研究结果基
本一致& 轻度的淹水胁迫则促进浙江种源净光合速
率的增加!与淹水下落羽杉 "杨静!%$$?#的研究结
论一致$
相关分析表明% 浙江种源在整个涝渍处理过程
中!胞间 ’2% 浓度与气孔导度的相关系数为 $1@"@!
所以认为浙江种源净光合速率的下降主要是由气孔
$"
6第 #$ 期 曹福亮等% 淹水胁迫对乌桕生长及光合作用的影响
限制所致& 而福建种源在淹水处理的后期!胞间
’2% 浓度并不随着气孔导度降低而下降!反而有所
升高!按照 a9S]JL9S等 "#7@%#的观点!即只有当胞
间 ’2% 浓度的降低和气孔限制值增大时!才可以做
出光合速率的下降是由气孔导度的下降所引起的结
论!推测福建种源在淹水后期光合速率的下降主要
是由非气孔限制所致$
本试验还发现% 在涝渍胁迫下!浙江种源净光
合速率和气孔导度并不是随着淹水时间的持续而逐
渐的下降!而是在淹水胁迫的中期均有不同程度的
回升!这与水翁"16"+#*-&$60=-:"%&,6$*,##"靖元孝等!
%$$$#和枫杨"衣英华等!%$$"#的研究结果相似!可
能是由于浙江种源乌桕在淹水过程中产生了不定根
以及与水接触的茎基部形成肥大的皮孔!有效弥补
地下根系的低氧状态!从而各项生理指标有一定幅
度的回升!以适应淹水环境$
参 考 文 献
曹福亮!罗伯特’法门5#7785人工淹水胁迫处理对美洲黑杨无性系
苗形态和生长的影响5南京林业大学学报!#?% 87 =!!5
侯嫦英5%$$85水分胁迫对青檀等树种生长及生理特性的影响5南
京林业大学博士学位论文5
靖元孝!陈兆平!程惠青!等5%$$$5淹水时水翁幼苗光合特性与不
定根的关系5热带亚热带植物学报!@"!# % 8"# =8"!5
刘东泽!赵6杰!刘志诚!等5%$$85%$ 种植物提取物对几种昆虫的
拒食作用5农药学学报!A"8# % @7 =7#5
刘义玲!李天来!孙周平!等5%$$75根际低氧胁迫对网纹甜瓜光合作
用(产量和品质的影响5园艺学报!8""#$# % #!"A =#!?%5
潘向艳5%$$"5杂交鹅掌楸不同无性系对淹水胁迫的反应5南京林
业大学博士学位论文5
谭淑端!朱明勇!张克荣!等5%$$75植物对水淹胁迫的响应与适应5生
态学杂志!%@"7# % #@?# =#@??5
唐罗忠!徐锡增!方升佐5#77@5土壤涝渍对杨树和柳树苗期生长及
生理性状影响的研究5应用生态学报!7"A# % !?# =!?!5
杨6静5%$$?5几种城市森林优良景观生态树的抗涝性研究5南京
林业大学博士学位论文5
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!责任编辑6王艳娜"
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