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马缨杜鹃幼苗生长对土壤水分胁迫的响应及其生理机制
田奥, 李苇洁, 曹洋, 贾真真, 曾松
植物生态学报    2025, 49 (3): 488-501.   DOI: 10.17521/cjpe.2023.0276
摘要   (73 HTML5 PDF(pc) (1303KB)(31)  

杜鹃(Rhododendron)是极具观赏价值的花卉, 中国是全世界杜鹃资源最丰富的国家, 对杜鹃资源的开发利用具有很大潜力。在全球变暖背景下, 杜鹃遭受水分胁迫的风险快速增大, 但关于水分胁迫对杜鹃生长及生理生态指标的影响尚缺乏深入研究。该研究通过马缨杜鹃(R. delavayi)幼苗的土壤水分梯度实验, 研究其株高及地径生长差异, 并建立与生理指标的统计关系, 以期为杜鹃保护与管理等提供理论基础。2022年3月11日至10月15日, 用马缨杜鹃的二年生幼苗进行盆栽实验, 设计的土壤水分含量分别为田间持水量的15%、25%、35%、50%、70%、90%。分别在3-5月上旬和下旬以及6、7、10月的中旬测量每株杜鹃的株高和地径, 并于6-8月在每个处理中随机选择5株马缨杜鹃测定叶片渗透调节物质(脯氨酸(Pro)、可溶性糖(Ss)、可溶性蛋白(Sp))含量、抗氧化系统(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性及丙二醛(MDA)含量)指标、光合作用(净光合速率(Pn)、气孔导度(gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr))指标。研究结果: 1)建立了各干旱水平下的马缨杜鹃株高及地径生长响应年序日(DOY)的生长方程, 拟合精度0.94-0.99; 比较发现田间持水量15%处理下植株死亡率最高; 2)建立了各时间段马缨杜鹃株高及地径相对累积生长量随土壤含水量增加而变化的方程, 表明株高相对累积增量方程呈单峰曲线变化; 但相对地径累积增长量在DOY 161之前随土壤相对含水量增加呈U形变化, DOY 161-201之间呈直线变化, DOY 201以后呈单峰曲线变化。3)随土壤含水量增加, SOD活性、CAT活性、POD活性、PngsTr及Pro含量整体表现为先增后降, SOD、CAT、POD活性及Pro含量在田间持水量20%-30%达到最大值, PngsTr在田间持水量60%-80%达到最大值; MDA含量整体表现为逐渐降低; Ci、Ss及Sp含量则呈先降后增的变化趋势, 整体表现为在田间持水量60%-80%时达到最低值。4)基于马缨杜鹃地径日增量与各生理指标的回归关系分析, 可知回归关系达到显著水平的生理指标包括MDA含量、PngsTr及Ss含量, 除MDA含量与马缨杜鹃地径日增量存在一元二次函数关系外, 其余生理指标与其均为幂函数方程关系, 拟合精度为Tr > Pn > MDA含量> gs > Ss含量。马缨杜鹃幼苗在土壤含水量68%时累计生长量(地径增量)最大, 随着土壤水分含量的改变, 生长量主要受TrPngs的显著促进作用和Ss含量的显著抑制作用, 以及MDA含量较低时的一定促进作用和超过33.53 nmol·g-1后的抑制作用, 进一步解释了水分胁迫下马缨杜鹃幼苗生长的生理机制。


生长指标
Growth index
田间持水量水平
Soil water capacity level
a1/a2 b1/b2 c1/c2 R2 p
株高
Plant height
(cm)
15% 26.2 -0.026 8 0.93 0.96 0.000
25% 31.0 -1.40 × 10-4 2.03 0.96 0.000
35% 34.6 -8.47 × 10-6 2.66 0.98 0.000
50% 35.8 -1.68 × 10-5 2.54 0.97 0.000
70% 37.3 -1.35 × 10-6 3.06 0.98 0.000
90% 37.6 -4.74 × 10-6 2.82 0.98 0.000
地径
Ground diameter
(cm)
15% 6.13 -0.018 8 29.8 0.99 0.000
25% 6.24 -0.011 1 83.1 0.94 0.000
35% 6.71 -0.009 4 82.5 0.99 0.000
50% 7.07 -0.009 0 82.3 0.99 0.000
70% 8.19 -0.007 0 68.9 0.99 0.000
90% 6.96 -0.013 8 30.5 0.99 0.000
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表1 不同水分胁迫下的马缨杜鹃幼苗株高及地径生长方程参数
正文中引用本图/表的段落
各干旱水平下的马缨杜鹃幼苗株高和地径生长曲线见图1, 可知株高在DOY 70-125时迅速增加, 之后趋于平缓, 仅在很小范围内浮动; 地径则随时间推移逐渐增加, 且生长速率逐渐降低, 除15%的田间持水量处理在DOY 200左右出现生长明显趋于平缓的趋势外, 其他干旱水平的地径生长曲线变化没有明显的趋缓临界点。各干旱水平的株高和地径生长方程参数见表1。方程中的a1a2体现了株高和地径生长理论最大值, 株高生长的理论最大值表现为随土壤含水量的增加逐渐升高, 地径生长理论最大值则表现为随土壤含水量的增加逐渐增加, 在70%时达到最大, 到90%后明显降低, 各个方程拟合精度介于0.94-0.99之间, 达到极显著水平。
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