重慶石灰?guī)r地區(qū)先鋒樹(shù)種復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗喜鈣耐旱特征及適應(yīng)機(jī)理研究第一章文獻(xiàn)綜述巖溶主要指水對(duì)可溶性巖石如碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖等）、硫酸鹽巖（石膏、硬石膏等）和鹵化物巖（巖鹽）等的溶蝕作用，及其所形成的地表及底下的各種景觀與現(xiàn)象1。在巖溶發(fā)育過(guò)程中所發(fā)生的各種作用，都是以可溶性巖被水溶解的作用為基礎(chǔ)的，所以巖溶作用最本質(zhì)的現(xiàn)象就是“巖石的溶解”，即是以地下水為主，地表水為輔；以化學(xué)過(guò)程（溶解于沉淀）為主，機(jī)械過(guò)程（流水侵蝕和沉積，重力崩塌和堆積）為輔的對(duì)可溶性掩飾的破壞和改造作用。因此巖石的可溶性、透水性，水的溶蝕性、流動(dòng)性是巖溶作用發(fā)生的基本條件1。11巖溶生態(tài)系統(tǒng)的定義生態(tài)學(xué)上把“生態(tài)系統(tǒng)定義為“在無(wú)機(jī)和有機(jī)之間，有生產(chǎn)者（植物）、消費(fèi)者（動(dòng)物）和分解者（微生物）構(gòu)成的系統(tǒng)”。美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)編的“GLOSSARYOFGEOLOGY”則把生態(tài)學(xué)定義為“研究生物與其環(huán)境之間關(guān)系的科學(xué)，包括對(duì)生物群落、生命形式、自然循環(huán)、生物之間相互關(guān)系、生物地理、種群變化的研究”，而將“生態(tài)系統(tǒng)”定義為“生態(tài)學(xué)的單元，包括環(huán)境與生命要素，以及在該單元之間并對(duì)該單元有制約作用的諸因子”2,3。巖溶生態(tài)系統(tǒng)有無(wú)機(jī)環(huán)境（富鈣鎂、偏堿性可溶巖、土壤貧瘠和雙層的特殊水文系統(tǒng)）和有機(jī)方面（喜鈣、旱生、石灰?guī)r溶植被和地下生物群落）兩部分組成，據(jù)此把“巖溶生態(tài)系統(tǒng)”定義為“受巖溶（地質(zhì)）環(huán)境制約的生態(tài)系統(tǒng)”。其生命部分和無(wú)機(jī)環(huán)境相互作用46。其內(nèi)涵既包括巖溶環(huán)境如何影響生命，也包括生命如何影響巖溶環(huán)境。12巖溶生態(tài)系統(tǒng)的生境特點(diǎn)121成土速率極慢巖溶地區(qū)土壤為碳酸鹽巖風(fēng)化而成。碳酸鹽巖是指碳酸鹽礦物含量超過(guò)50的沉積巖，酸不溶物低于50。我國(guó)大部分碳酸鹽巖中酸不溶物含量較低，例如西南地區(qū)多數(shù)碳酸鹽巖酸不溶物含量一般不超過(guò)10，甚至更低，并且主要是純灰?guī)r和純白云巖。這些巖類主要由可溶性礦物組成，具有較高的腐蝕速率，但僅含有少量的酸不溶性物質(zhì)，這些不溶物質(zhì)經(jīng)風(fēng)化、溶蝕二殘留下來(lái)，構(gòu)成了巖溶地區(qū)土壤的主要成分。由于土壤來(lái)源物質(zhì)少，再加上以石灰?guī)r和白云巖為主的碳酸鹽巖巖性堅(jiān)硬，抗物理風(fēng)化能力強(qiáng)，風(fēng)化破碎十分緩慢。造成碳酸鹽巖的成土速率極慢712。袁道先13研究表明貴州灰?guī)r風(fēng)化，每形成1CM厚的土層需要4000余年。柴宗新9的研究，形成1CM厚土層需10003200年。122土壤對(duì)表層巖溶水調(diào)蓄能力差土壤水文調(diào)蓄能力通常以土壤調(diào)蓄系數(shù)來(lái)表征，所謂土壤調(diào)蓄系數(shù)即一場(chǎng)降雨過(guò)程中最大土層水分增量與同時(shí)段降雨滲透補(bǔ)給量的比值，研究表明良好生態(tài)環(huán)境下的土壤調(diào)蓄系數(shù)大，對(duì)表層巖溶水調(diào)蓄能力強(qiáng)14。在西南巖溶區(qū)，巖溶石山分布廣泛，雖地處亞熱帶，水熱條件較好，降雨時(shí)空分布不均。由于土層淺薄、地表地下巖溶發(fā)育，并且廣泛發(fā)育著地表和地下的雙重空間結(jié)構(gòu)地下洞隙縱橫交織，地下河發(fā)達(dá)，形成作為巖溶標(biāo)志的地下溶洞。地表水漏失嚴(yán)重，水土流失嚴(yán)重，地表面附近淺部巖石破碎，導(dǎo)致水土資源空間配置嚴(yán)重失調(diào)，形成“地表水貴如油，地下水滾滾流”的特殊水土資源格局，以致土壤貧瘠，水土流失嚴(yán)重，地表水資源匱乏1520。19世紀(jì)中葉以來(lái)，隨著森林的破壞，石漠化加劇，環(huán)境調(diào)蓄表層水的功能減弱，水土流失速度加快，目前巖溶水循環(huán)及水資源狀況發(fā)生了顯著的變化，泉水衰減，水質(zhì)惡化，大多數(shù)表層巖溶水只有在大暴雨期間才形成超滲產(chǎn)流，然后以表層巖溶泉水的形式流出地表。旱季，表層巖溶泉水普遍斷流，使西南巖溶山區(qū)大量居民喪失了原有的飲用水供水條件，造成嚴(yán)重的干旱缺水問(wèn)題21。123土壤的富鈣性由于石灰?guī)r地區(qū)土壤由可溶性巖石如碳酸鹽巖等風(fēng)化形成。其土壤具有偏堿性和富鈣性6。研究表明，從石灰?guī)r地區(qū)泉水的水化學(xué)檢測(cè)看，白云巖表層泉水的PH偏高。CA2濃度偏低，但與砂頁(yè)巖中的裂隙水（全年平均PH666，CA2濃度191MGL1）相比，石灰?guī)r表層泉水（平均PH值713、CA2濃度6478MGL1）的PH值高出047，CA2濃度高出4577MGL1。白云巖表層泉水（平均PH755，CA2濃度6235MGL1）的PH高出089，CA2濃度高出4335MGL122。對(duì)桂林巖溶試驗(yàn)場(chǎng)石灰土的分析表明，石灰土中的鈣主要以交換態(tài)形式為主，鈣在石灰土中有很高的活度23。124石灰?guī)r地區(qū)植物特點(diǎn)石灰?guī)r特殊的生境特點(diǎn)對(duì)植物種類、成分有強(qiáng)烈的選擇性喜鈣性、耐旱性及石生性的植物種群；這類植物通常具有發(fā)達(dá)而強(qiáng)壯的根系；植物體的鈣含量較高，“樹(shù)包石”現(xiàn)象普遍存在24；限于嚴(yán)酷的環(huán)境條件，樹(shù)木的生長(zhǎng)具有速率慢、絕對(duì)生長(zhǎng)量小，但生長(zhǎng)穩(wěn)定，波動(dòng)較小，以及種間、個(gè)體間生長(zhǎng)過(guò)程差異較大的特點(diǎn)25。13植物抗旱性研究進(jìn)展目前，水資源短缺是公認(rèn)的全球性環(huán)境問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球上有三分之一以上的土地面積屬于干旱和半干旱的地區(qū)，在我國(guó)，干旱、半干旱土地面積占全國(guó)總面積的47，占耕地總面積的5126。干旱嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)，使作物嚴(yán)重減產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境日益惡化，同時(shí)也加劇了全球性的糧食危機(jī)。在我國(guó)北方草原和沙漠地區(qū)、南方的干熱河谷和巖溶地區(qū)，自然條件惡劣，生態(tài)環(huán)境脆弱，干旱化、沙漠化、石漠化加劇，已成為最大的環(huán)境問(wèn)題。干旱脅迫是指由于干旱缺水所產(chǎn)生的植物內(nèi)部正常生理功能的干擾，通常又稱之為水分脅迫。植物的抗旱性，即植物在干旱環(huán)境中生長(zhǎng)、繁殖或生存的能力，以及在水分脅迫解除后迅速恢復(fù)的能力。通常將植物對(duì)水分脅迫的反應(yīng)分為兩種情況一種是適應(yīng)，另一種是適應(yīng)性反應(yīng)。適應(yīng)是一種可遺傳的飾變，其結(jié)果是增加植物在逆境環(huán)境中的存活和繁殖幾率。而適應(yīng)性反應(yīng)是植物遭受脅迫后短期內(nèi)、經(jīng)誘導(dǎo)或刺激產(chǎn)生的特征，這種適應(yīng)性特征通常不會(huì)被植物保留下來(lái)27。131植物旱害的主要原因自然條件和植物本身的生理?xiàng)l件是引起植物旱害的主要原因。這種旱害包括大氣干旱、土壤干旱和由植物本身所引起的生理干旱。由于巖溶地區(qū)通常降雨較多，但土壤調(diào)蓄能力較弱，保水能力差，造成大量表層巖溶水表層巖溶水流失。另外，在這些地區(qū)，夏季溫度較高、土壤及植物水分蒸發(fā)較快。因此該區(qū)域植物旱害是由土壤干旱引起的，且具有明顯的季節(jié)性特點(diǎn)。132植物對(duì)干旱的適應(yīng)對(duì)策水分脅迫下，植物為減緩由于缺水造成的壓力，其生理代謝迅速作出調(diào)整以保證植物細(xì)胞的正常生理代謝功能。長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中，演化出逃避干旱（短生植物）、髙水勢(shì)延遲脫水耐旱（御旱植物）及低水勢(shì)忍耐脫水耐旱（耐旱植物）及復(fù)原抗性等復(fù)雜的適應(yīng)機(jī)制28。逃避干旱是指植物在趕在嚴(yán)重干旱脅迫之前完成其生活史。高水勢(shì)延遲脫水耐旱是指在受干旱脅迫時(shí)，植物仍可通過(guò)自身的某些特征進(jìn)行有效的水分吸收利用和減少水分散失，使植物保持高水勢(shì)的能力。低水勢(shì)忍耐脫水耐旱是指植物在受旱時(shí)，能在較低的細(xì)胞水勢(shì)下維持其一定程度的生長(zhǎng)發(fā)育和忍耐脫水的能力。復(fù)原抗性是指植物在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間干旱后的復(fù)原能力29,30。通常在遭遇干旱脅迫時(shí)，植物最直觀的的表現(xiàn)為葉面積明顯減小，葉表面角質(zhì)化、蠟質(zhì)化程度增大，葉片氣孔關(guān)閉，以減少水分的喪失，有些樹(shù)種會(huì)出現(xiàn)落葉現(xiàn)象（葉面積減小的極端形式）等形態(tài)變化的適應(yīng)策略。133干旱脅迫對(duì)植物個(gè)體生長(zhǎng)發(fā)育的影響植物對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)首先體現(xiàn)在其生長(zhǎng)受到抑制。水分的虧缺直接影響到細(xì)胞的分裂、延伸及分化，其影響結(jié)果直接體現(xiàn)在植株大小及產(chǎn)量的降低。并且植物所受傷害程度與干旱脅迫出現(xiàn)時(shí)植物所處的發(fā)育階段有直接關(guān)系。尤其是植物種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)階段比較脆弱，對(duì)逆境的抵抗力較成年階段較弱，徐明慧31等對(duì)玉米抗旱性的研究發(fā)現(xiàn)。干旱脅迫下，玉米種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率明顯降低。幼苗階段，干旱脅迫會(huì)影響細(xì)胞的分裂，從而明顯抑制幼苗葉片的擴(kuò)張。許育彬32等對(duì)甘薯的研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，甘薯的葉片數(shù)減少，葉面積明顯下降。史燕山33等對(duì)金葉過(guò)路黃、佛甲草、百里香等的研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫時(shí)，植物的生長(zhǎng)量分別減少27CM。幼苗根系的生長(zhǎng)情況是衡量植物抗旱能力的重要指標(biāo)之一。一些研究認(rèn)為，根系大、深、密是抗旱植物的基本特征。VIJAYALAKSHMI34等研究根系類型對(duì)水稻產(chǎn)量的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，耐旱品種有更好的根系穿透力和分布密度。景蕊蓮35對(duì)小麥的研究認(rèn)為根的數(shù)目較少，根的總干重中等，且根系較長(zhǎng)的品種抗旱能力強(qiáng)。柴麗娜36對(duì)冬小麥的研究認(rèn)為持續(xù)干旱條件下，根冠比比值越大，抗旱性越強(qiáng)。134干旱脅迫下植物的生理生化變化1341光合作用光合作用是植物賴以生存的生理基礎(chǔ)。研究表明，干旱脅迫導(dǎo)致植物葉面積減小，導(dǎo)致植物光合速率降低，對(duì)植物光合系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的傷害。水分首先是光合作用的原料，但此部分水僅占植物吸收水分的極小部分。水分的主要作用是影響氣孔的關(guān)閉及細(xì)胞中的代謝。所以在水分虧缺環(huán)境下，不僅僅會(huì)是植物光合速率下降，而且還會(huì)抑制光反應(yīng)中原初光能轉(zhuǎn)換、電子傳遞、光和磷酸化及暗反應(yīng)過(guò)程37。干旱脅迫下植物的光合速率明顯下降，其原因主要為以下兩個(gè)方面一是氣孔因素，即由于葉片氣孔關(guān)閉而阻礙CO2進(jìn)入葉內(nèi)；二是非氣孔因素，即由于得不到的CO2葉片繼續(xù)照光造成光合器官的光破壞作用38,39。許多研究已證明，在嚴(yán)重干旱下，與光合作用有關(guān)的許多重要過(guò)程的活性或成分的含量降低，執(zhí)行光合作用重要功能的各種色素蛋白復(fù)合體含量，以及吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的葉綠素含量均減少，在光合碳同化過(guò)程起著極重要作用的RUBP梭化酶的含量及其活性都明顯降低，葉肉細(xì)胞內(nèi)的葉綠體排列出現(xiàn)紊亂，膜系統(tǒng)受到破壞等等，光合器官中發(fā)生如此強(qiáng)烈變化，必然導(dǎo)致光合速率下降。研究顯示，干旱脅迫開(kāi)始時(shí)會(huì)引起氣孔阻力的增加，如若脅迫程度進(jìn)一步加重，必然會(huì)導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，阻斷外界CO2進(jìn)入葉綠體，使植物的光合作用受到明顯抑制。長(zhǎng)期處于干旱環(huán)境中的植物，在光合速率光合作用的調(diào)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制、光和途徑等方面發(fā)生了適應(yīng)性的改變，以更好地適應(yīng)水分虧缺環(huán)境。WU40等人對(duì)側(cè)柏的研究表明，種源不同二年生側(cè)柏幼苗的凈光合速率、光呼吸和CO2補(bǔ)償點(diǎn)都存在顯著差異。1342活性氧調(diào)節(jié)植物受到干旱脅迫時(shí)，細(xì)胞代謝紊亂，活性氧和自由自的產(chǎn)生與清除之間的平衡被破壞，活性氧、自由基的積累加速，是植物受到傷害甚至死亡。植物在進(jìn)化過(guò)程中，出現(xiàn)眾多代謝途徑來(lái)抵御逆境帶來(lái)的傷害，其中活性氧代謝系統(tǒng)正越來(lái)越受到人們的重視。在干旱脅迫下，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生活性氧，同樣會(huì)有活性氧自由基清除系統(tǒng)對(duì)干旱脅迫作出反應(yīng)。其中酶促活性氧自由基清除系統(tǒng)的主要酶類有超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）和過(guò)氧化物酶（POD）、還原型抗壞血酸過(guò)氧化物酶（ASP）等。SOD是最先發(fā)生反應(yīng)的酶，處于保護(hù)系統(tǒng)的核心地位。時(shí)連輝等（2005）研究發(fā)現(xiàn)，在是以水分條件下SOD變化幅度較小，隨脅迫程度的加劇，SOD活性呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，在脅迫末期，SOD活性下降。閆成仁41等研究發(fā)現(xiàn)POD的作用于植物所受脅迫的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)，初期，POD可清除H2O2，減小H2O2對(duì)植物的傷害，末期，POD會(huì)參與活性氧的生成，使葉綠素降解，引起脂膜過(guò)氧化。CAT定位于線粒體、過(guò)氧化物體與乙醛酸循環(huán)體中，專一清除H2O2。常與SOD協(xié)同作用。可見(jiàn)單一的抗氧化酶或抗氧化物不足以抵抗干旱脅迫帶來(lái)的傷害，只有整個(gè)活性氧調(diào)節(jié)系統(tǒng)協(xié)同起來(lái)共同抵抗氧化傷害。1343滲透調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)是植物忍耐和抵御干旱的一種重要生理機(jī)制，可作為選擇作物耐旱品種的一種重要生理指標(biāo)。植物通過(guò)滲透調(diào)節(jié)可在水分脅迫條件下維持一定的膨壓從而維持氣孔開(kāi)放細(xì)胞生長(zhǎng)和光合作用等生理過(guò)程的正常進(jìn)行，滲透調(diào)節(jié)可以在水分虧缺時(shí)維持氣孔的開(kāi)放。滲透調(diào)節(jié)一般發(fā)生在程度較低或中度干旱脅迫的情況下，當(dāng)干旱脅迫很?chē)?yán)重時(shí)，滲透調(diào)節(jié)能力可能減弱或消失。滲透調(diào)節(jié)的主要物質(zhì)有無(wú)機(jī)離子如K、CL、NA、CA2、MG2等和有機(jī)溶質(zhì)如可溶性糖、脯氨酸和甜菜堿等。其中脯氨酸是分布最廣的滲透劑，具有較強(qiáng)的水合能力，也是較穩(wěn)定的氨基酸，作為一種貯氨形式可防止游離氨積累對(duì)植物造成傷害，并作為能源和呼吸底物，參與葉綠素的合成，對(duì)植物起到保護(hù)作用。14鈣與植物抗旱性的研究進(jìn)展141CA在植物中的分布鈣主要以果膠酸鈣、鈣調(diào)素蛋白和肌醇六磷酸鈣鎂等形態(tài)存在于植物細(xì)胞中；而檸檬酸鈣、草酸鈣等大量的有機(jī)酸鈣則主要存在于植物液泡中42,43。細(xì)胞質(zhì)中的鈣主要與蛋白質(zhì)等大分子結(jié)合，一般游離CA2濃度很低，僅為100200NM，以避免與細(xì)胞之內(nèi)無(wú)機(jī)磷酸鹽形成沉淀，影響細(xì)胞正常生理活動(dòng)。除此外，細(xì)胞間隙、線粒體、微粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器也是細(xì)胞內(nèi)CA2的主要儲(chǔ)存部位4244。其中，液泡是植物細(xì)胞內(nèi)最大的CA庫(kù)，是細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)CA水平升高的重要來(lái)源之一45。細(xì)胞外的CA主要作為細(xì)胞壁的組成成分或分布在細(xì)胞間隙，作為植物細(xì)胞外最主要的CA庫(kù)，其CA2濃度約為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的1001000倍。142CA在植物中的功能鈣是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一，不僅參與植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)建成，在生物有機(jī)體的生命活動(dòng)中起著重要的作用，它參與有機(jī)體的生長(zhǎng)、發(fā)育、衰老和病理等過(guò)程。研究表明，CA2能夠連接細(xì)胞膜上磷酸鹽和磷脂及蛋白質(zhì)羧基，以提高細(xì)胞膜的疏水性，使膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)其他例子進(jìn)出原生質(zhì)膜和選擇性吸收有調(diào)節(jié)作用46。CA在維護(hù)植物細(xì)胞壁穩(wěn)定方面有重要作用47。足量的CA可以與細(xì)胞壁和胞間層果膠質(zhì)形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，以維持細(xì)胞形態(tài)和生理過(guò)程能夠正常。同時(shí)，CA作為細(xì)胞的第二信使，在將細(xì)胞表面的刺激信號(hào)傳遞給細(xì)胞內(nèi)部的過(guò)程中，幾乎起著全能性的離子信使的作用48,49。CA是保衛(wèi)細(xì)胞調(diào)節(jié)氣孔開(kāi)關(guān)的信號(hào)分子50。143CA對(duì)植物抗旱性影響CA在植物體內(nèi)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和生理功能，使其在植物抗逆性方面發(fā)揮重要作用。研究表明，鈣與維持細(xì)胞脂膜完整性、降低逆境下細(xì)胞膜透性、增加逆境下脯氨酸含量等多種抗逆境的生理過(guò)程有關(guān)。植物體中，CA作為偶聯(lián)胞外信號(hào)與胞內(nèi)生理生化反應(yīng)的第二信使。在水分脅迫條件下植物細(xì)胞首先通過(guò)CA2的內(nèi)流產(chǎn)生鈣信號(hào)，在完成信號(hào)傳遞后，CA2再經(jīng)H/CA2酶等反轉(zhuǎn)運(yùn)把細(xì)胞質(zhì)的CA2重新運(yùn)回鈣庫(kù)。CA對(duì)植物抗旱性的影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1431對(duì)植物生長(zhǎng)狀況的影響CA主要通過(guò)改善植物生長(zhǎng)狀況、刺激微生物活性、提高養(yǎng)分的吸收及利用效率等途徑，促進(jìn)植物根和也的發(fā)育。郭禮坤51等研究表明，在干旱條件下，CA能促進(jìn)植物根芽伸長(zhǎng)，起到加快出苗速度、提高發(fā)芽率、最終達(dá)到提高成苗率的作用。山侖52等對(duì)小麥萌發(fā)的研究也說(shuō)明，經(jīng)外源鈣浸種能提高小麥在干旱條件下的萌發(fā)率，而在水分較充足的條件下，CA又會(huì)對(duì)萌發(fā)及種苗生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的抑制。1432對(duì)植物生理的影響植物對(duì)干旱的適應(yīng)性在一定程度上與耐鹽性類似，例如脫落酸、脯氨酸等滲透物質(zhì)積累等。氣孔的關(guān)閉是植物對(duì)干旱的最早反應(yīng)，在脫落酸作用下植物體產(chǎn)生H2O2，激活CA2通道，使質(zhì)外體中的CA2進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，從而使K、CL等外排，氣孔關(guān)閉。即使是氣孔關(guān)閉過(guò)程對(duì)脫落酸等不敏感的植物種類，高量CA2也能使其氣孔關(guān)閉5355。另一方面，鈣能使植物保護(hù)酶活性和抗氧化物質(zhì)的含量保持在較高水平，同時(shí)抑制干旱脅迫下植物丙二醛積累，提高植物在干旱脅迫下對(duì)活性氧的清除能力，抑制膜脂過(guò)氧化作用。5658。研究表明，干旱脅迫下，缺鈣植物的含水量迅速降低，說(shuō)明鈣有益于維持植物的水分狀況59,60。其原因概括為1鈣能提高干旱脅迫下氣孔阻力，降低蒸騰速率47；2鈣能提高植物葉片的保水能力61。此外，施鈣適當(dāng)提高植物體含鈣量，能改善干旱脅迫下植物的光合作用62，提高葉片CO2羧化效率，推遲光合作用由氣孔限制向非氣孔限制的轉(zhuǎn)變47。從而使植物光合反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)干旱脅迫具有較高的抗性。1433CA對(duì)植物的毒害作用鈣元素雖然在植物體內(nèi)具有重要的生物學(xué)作用，但他在生物體細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的含量是極低的（約為106107MOL/L），而起只有保持在極低狀態(tài)，才能發(fā)揮正常生理功能。CA2濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)使植物細(xì)胞的伸長(zhǎng)受到抑制。同時(shí)CA2影響葉綠體內(nèi)2,6二氯酚靛酚（DCIP）的光還原的重要因子，但CA2濃度過(guò)高，會(huì)引起同磷酸反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，干擾能量代謝。若細(xì)胞內(nèi)游離鈣濃度超過(guò)104MOL/L，就會(huì)引起植物的死亡54。15研究背景及意義151研究背景重慶市中梁山海石公園（293910295053N，10618141065653E）屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，熱量豐富，常年平均氣溫168，年均降水量為1088MM。屬中度石漠化區(qū)。進(jìn)行生態(tài)修復(fù)建設(shè)前，巖石裸露，植被稀少。自1989年進(jìn)行生態(tài)修復(fù)以來(lái)，引進(jìn)多種植物進(jìn)行綠化荒山建設(shè)，例如常綠闊葉樹(shù)天竺桂、女貞、香樟、大葉樟等；落葉闊葉樹(shù)復(fù)羽葉欒樹(shù)、香椿、構(gòu)樹(shù)、刺桐、楊樹(shù)等；針葉樹(shù)種柏木、馬尾松、雪松、杉木；灌木火棘、南天竹；草本層芒、白茅等。多年實(shí)踐證明，并非所有移栽的樹(shù)種都能適應(yīng)石灰?guī)r地區(qū)。事實(shí)證明，常綠樹(shù)種中天竺桂、香樟適宜在該區(qū)域生長(zhǎng)；而女貞則表現(xiàn)較差，主要體現(xiàn)在生長(zhǎng)緩慢、葉片稀疏、葉面積小等。落葉樹(shù)種中刺桐表現(xiàn)最差，成活率較低；楊樹(shù)屬北方樹(shù)種，引種入石灰?guī)r地區(qū)后，雖能成活，但生長(zhǎng)狀況不佳；香椿和復(fù)羽葉欒樹(shù)則表現(xiàn)了較強(qiáng)的適應(yīng)性。尤其是復(fù)羽葉欒樹(shù)，其大樹(shù)生長(zhǎng)狀況良好，特別是在石灰?guī)r地區(qū)季節(jié)性干旱發(fā)生時(shí)表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)性，其種子落入土壤后能較好的萌發(fā)，幼苗生長(zhǎng)正常。近年來(lái)，關(guān)于石灰?guī)r地區(qū)植物的適應(yīng)性研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。研究較多的樹(shù)種多為常綠樹(shù)種、針葉樹(shù)種。例如，劉錦春63對(duì)十大功勞的研究，金靜64對(duì)木豆的研究，何躍軍65對(duì)構(gòu)樹(shù)的研究，劉錦春66對(duì)柏木的研究等。但對(duì)于落葉樹(shù)種適應(yīng)石灰?guī)r地區(qū)高鈣、季節(jié)性干旱的研究較少。152研究意義通過(guò)對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)及幼苗在鈣離子作用下抗旱性的表現(xiàn)特征，總結(jié)鈣離子在石灰?guī)r地區(qū)植被的抗逆性中的作用。為今后的研究及石灰?guī)r地區(qū)生態(tài)修復(fù)等實(shí)踐工作提供基礎(chǔ)理論。153研究物種復(fù)羽葉欒樹(shù)（KOELREUTERIAPANICULATA），又名燈籠樹(shù)，系無(wú)患子科落葉喬木，可生長(zhǎng)于石灰石風(fēng)化產(chǎn)生的鈣基土壤中。其樹(shù)形高大，枝葉茂密，抗污染、抗病菌能力強(qiáng)，是理想的景觀綠化樹(shù)種，是工業(yè)污染區(qū)的指示樹(shù)種67，也是石灰?guī)r地區(qū)荒山綠化的優(yōu)良先鋒樹(shù)種。國(guó)家AAA級(jí)風(fēng)景區(qū)重慶中梁山海石公園石漠化區(qū)于1989年引種復(fù)羽葉欒樹(shù)，因其具有高抗旱性和高成活率，對(duì)石漠化地區(qū)典型的季節(jié)性水分虧缺環(huán)境有很好的適應(yīng)能力，在石漠化的植被恢復(fù)重建中有極高的推廣價(jià)值。但是，復(fù)羽葉欒樹(shù)現(xiàn)有資源少，產(chǎn)籽量有限，種子出苗率在20左右68，限制了復(fù)羽葉欒樹(shù)的發(fā)展。16擬解決的科學(xué)問(wèn)題1高鈣及干旱環(huán)境條件對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)、生理生化特征指標(biāo)的影響2高鈣及干旱環(huán)境條件對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗解剖形態(tài)特征的影響3外源鈣離子是如何提高復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗的抗旱性的17技術(shù)路線種子欒樹(shù)幼苗（1A）培養(yǎng)皿濾紙法進(jìn)行萌發(fā)實(shí)驗(yàn)2012年8月生理指標(biāo)測(cè)定及數(shù)據(jù)分析田間最大持水量的測(cè)定PEG模擬干旱CACI2模擬高鈣環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析外源鈣對(duì)干旱條件下發(fā)芽率的影響外源鈣對(duì)干旱條件下發(fā)芽勢(shì)的影響外源鈣對(duì)干旱條件下發(fā)芽指數(shù)的影響外源鈣對(duì)干旱條件下活力指數(shù)的影響外源鈣對(duì)干旱條件下幼苗生長(zhǎng)的影響復(fù)羽葉欒樹(shù)外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)的影響移栽入盆適應(yīng)生長(zhǎng)半年外源鈣處理石灰?guī)r地區(qū)土壤中游離鈣含量測(cè)定干旱處理對(duì)生長(zhǎng)的影響對(duì)光合作用影響對(duì)活性氧調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響對(duì)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響對(duì)根系水分疏導(dǎo)組織的影響外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗抗旱性的影響外源鈣對(duì)重慶石灰?guī)r地區(qū)復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗抗旱性的影響第二章外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)的影響21前言種子是植物生活史中的重要階段，也是進(jìn)行植物抗旱性研究的重要時(shí)期。相對(duì)植物成年階段,植物種子在萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)階段比較脆弱，抵抗力不強(qiáng)，加上常常暴露于惡劣的地表或近地表區(qū)域，周?chē)h(huán)境的溫度和濕度表現(xiàn)出較大的波動(dòng)性，更容易受到較多的環(huán)境脅迫，死亡率相對(duì)較高。種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)等均是反映種子發(fā)芽能力的重要指標(biāo)。在某些情況下，發(fā)芽率與種子活力是一致的，這也是在生產(chǎn)上通常將種子的發(fā)芽率作為鑒定種子質(zhì)量的重要指標(biāo)之一的原因；但更多的情況是,常規(guī)的發(fā)芽試驗(yàn)得到的發(fā)芽率既不能與田間出苗率相符，也不能標(biāo)志種子質(zhì)量的實(shí)際水平69。而發(fā)芽指數(shù)反映了種子發(fā)芽的速率和整齊程度，種子活力是種子在較廣的范圍內(nèi)能否迅速生長(zhǎng)以及生長(zhǎng)的整齊度種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)越高，種子發(fā)芽速度越快，整齊度越好，在較廣的范圍內(nèi)就越能迅速生長(zhǎng)69。本研究以復(fù)羽葉欒樹(shù)種子為對(duì)象，研究了石灰?guī)r地區(qū)土壤中交換性鈣離子對(duì)干旱條件下復(fù)羽葉欒樹(shù)的種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響。22研究地區(qū)與研究方法221研究區(qū)概況試驗(yàn)用復(fù)羽葉欒樹(shù)種子采自地處中度石漠化區(qū)的重慶市中梁山海石公園（293910295053N,10618141065653E）7072。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，熱量豐富，常年平均氣溫168，年降水量為1088MM。目前,山上主要存在2種植被分布情況1為通過(guò)群落次生演替形成的灌叢2為自然演替和人工恢復(fù)所形成的呈垂直分布的草本、灌木和喬木。部分地區(qū)土層較薄，土質(zhì)貧瘠，為亟待進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)的喀斯特地區(qū)。222試驗(yàn)方法2221試驗(yàn)設(shè)計(jì)2012年2月25日,選取成熟充分、顆粒飽滿，活力正常的復(fù)羽葉欒樹(shù)種子，自然條件下風(fēng)干，帶回室內(nèi)，低溫（5）保存至2012年3月1日。試驗(yàn)采用雙因素析因設(shè)計(jì)，共設(shè)25個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)25粒種子。設(shè)外源鈣離子CACL2濃度梯度為0（CK）、15、20、25、30MMOLL1，標(biāo)記為A0、A1、A2、A3、A4；利用聚乙二醇（PEG6000）配成不同水勢(shì)的高滲溶液模擬干旱，設(shè)置5個(gè)PEG6000濃度梯度0（CK）、5、15、25、30，標(biāo)記為B0、B1、B2、B3、B4，其中，5和15條件下的水勢(shì)相當(dāng)于輕度干旱，25相當(dāng)于中度干旱，30為重度干旱69。處理方案如表21所示。表21試驗(yàn)處理方案TAB21TREATMENTSOFTHEEXPERIMENT2222種子萌發(fā)試驗(yàn)采用培養(yǎng)皿濾紙法73進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)。選取大小均一、籽粒飽滿的復(fù)羽葉欒樹(shù)種子1875粒，洗凈后于水中浸泡48H，使種子吸脹；用04高錳酸鉀消毒610MIN，流水沖洗3次，再用蒸餾水沖洗干凈，用濾紙吸干種子表面水分，每25粒置于D100MM鋪設(shè)2層濾紙的培養(yǎng)皿中。分別向培養(yǎng)皿中加入預(yù)先配制好的不同濃度的PEG6000和CACL2溶液，以蒸餾水為對(duì)照。恒溫培養(yǎng)箱中在25晝/15夜和周期性光照（12H晝/12H夜，光強(qiáng)100MOLM2S1）條件下萌發(fā)。萌發(fā)過(guò)程中，每周期后用對(duì)應(yīng)濃度的溶液沖洗種子23次，以確保培養(yǎng)皿中的溶液濃度維持恒定。34個(gè)周期更換一次濾紙，防止種子霉變。2223種子萌發(fā)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和測(cè)定種子于2012年3月1日置床。從置床第2天開(kāi)始統(tǒng)計(jì)種子萌發(fā)情況，試驗(yàn)持續(xù)15D，直至連續(xù)3D無(wú)種子萌發(fā)結(jié)束。將胚根突破種皮視為萌發(fā)，分別統(tǒng)計(jì)并計(jì)算出種子萌發(fā)的特征參數(shù)。幼苗鮮質(zhì)量將同一天萌發(fā)的幼苗做好標(biāo)記，待試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，用濾紙小心擦干其表面水分，用萬(wàn)分之一天平精確稱量。種子發(fā)芽率（GR）15D內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供測(cè)種子數(shù)100。發(fā)芽勢(shì)（GP）前5D正常萌發(fā)的種子數(shù)/種子總數(shù)100發(fā)芽指數(shù)（GI）MDGPV式中MDG為平均每天種子萌發(fā)數(shù),即萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)種子萌發(fā)數(shù)/萌發(fā)試驗(yàn)經(jīng)歷的天數(shù)PV為種子最大萌發(fā)速率,即試驗(yàn)期間任意一天中達(dá)到的最大萌發(fā)數(shù)/達(dá)到最大值所需的天數(shù)74CZABATORFJ1962）。種子活力指數(shù)（VI）幼苗生長(zhǎng)勢(shì)（幼苗鮮質(zhì)量）GI。CACL2PEGCK（A0）A1A2A3A4CK（B0）CKA1B0A2B0A3B0A4B0B1A0B1A1B1A2B1A3B1A4B1B2A0B2A1B2A2B2A3B2A4B2B3A0B3A1B3A2B3A3B3A4B3B4A0B4A1B4A2B4A3B4A4B4223數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)均采用SPSS160軟件處理，采用雙因素方差分析和最小顯著差異法LSD比較不同數(shù)據(jù)組間的差異，顯著性水平設(shè)定為005；利用ORIGIN8軟件作圖。23結(jié)果與分析231不同處理的復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)狀況表22各處理組種子的萌發(fā)及幼苗鮮重狀況TAB22SEEDGERMINATIONANDINEACHGROUP組別GROUP發(fā)芽率GERMINATIONRATE發(fā)芽勢(shì)GERMINATIONPOTENTIAL發(fā)芽指數(shù)GERMINATIONINDEX活力指數(shù)VIGORINDEX幼苗鮮質(zhì)量FWCK（A0B0）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由表22可以看出，干旱脅迫使復(fù)羽葉欒樹(shù)種子的萌發(fā)特征參數(shù)出現(xiàn)明顯減小趨勢(shì)；當(dāng)對(duì)各PEG處理組施加外源鈣后，中低濃度的鈣離子能顯著補(bǔ)償種子萌發(fā)過(guò)程中因干旱所造成的損失。232外源鈣離子和干旱脅迫對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)特征的影響雙因素方差分析結(jié)果表明（表23）不同濃度外源鈣離子、不同程度干旱脅迫，以及兩者的交互作用對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽指數(shù)都有影響，而兩因素的交互作用對(duì)種子活力指數(shù)的影響無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。表3雙因素分析結(jié)果TAB23TESTSOFBETWEENSUBJECTSEFFECTS來(lái)源SOURCE因變量DEPENDENTVARIABLEFSIG發(fā)芽率301080000發(fā)芽勢(shì)51500001發(fā)芽指數(shù)51410002CACL2活力指數(shù)39780007發(fā)芽率864390000PEG發(fā)芽勢(shì)270500000發(fā)芽指數(shù)195690000活力指數(shù)137220000發(fā)芽率57510000發(fā)芽勢(shì)20130031發(fā)芽指數(shù)22910013CACL2PEG活力指同濃度外源鈣離子對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響由圖21（數(shù)據(jù)見(jiàn)表22）可以看出,隨著外源鈣離子濃度的增加，復(fù)羽葉欒樹(shù)種子的發(fā)芽率整體呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢(shì)。與對(duì)照CK相比，15MMOLL1CACL2處理下的種子發(fā)芽率無(wú)明顯差異；20MMOLL1CACL2處理，種子發(fā)芽率增加了10；當(dāng)外源鈣濃度增加到25和30MMOLL1時(shí)，發(fā)芽率分別降低了21和68。而外源鈣離子濃度的增加不會(huì)對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子的發(fā)芽勢(shì)產(chǎn)生影響。隨著外源鈣離子濃度的增加,種子的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中,外源鈣離子濃度為25和30MMOLL1時(shí)，其發(fā)芽指數(shù)分別下降了576和804，活力指數(shù)分別降低了473和867。這說(shuō)明適宜濃度的鈣可促進(jìn)種子的萌發(fā)，而高濃度的鈣抑制了種子的萌發(fā)。不同濃度外源鈣離子對(duì)幼苗的鮮質(zhì)量有一定的影響。隨鈣離子濃度的增加，幼苗鮮質(zhì)量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。15和20MMOLL1CACL2處理下幼苗的鮮質(zhì)量分別比CK增加了436、491；25MMOLL1CACL2處理增加28；而在30MMOLL1CACL2處理下，幼苗鮮質(zhì)量只有CK的687。可見(jiàn)中低濃度外源鈣離子對(duì)幼苗的生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用。A0B10A2B030A4B0501502503DCBA發(fā)芽率GR處理TREAMNA0B10A2B030A4B02046081021406AAA發(fā)芽勢(shì)GP處理TREAMNA0B10A2B030A4B0501502503504A發(fā)芽指數(shù)GI處理TREAMNABCA0B10A2B030A4B0204608102A活力指數(shù)VI處理TREAMNABCA0BA1B0A2B0A3B0A4B05015025035045B鮮重FW/G處理TREAMNABCD圖21不同濃度氯化鈣溶液對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子發(fā)芽參數(shù)及幼苗鮮質(zhì)量的影響FIG21EFFECTOFDIFFERENTCACL2CONCENTRATIONSONTHEGR、GP、GI、VIANDSEEDLINGFWOFKOELREUTERIAPANICULATAMEANSE不同小寫(xiě)字母表示各處理組差異顯著（P005）,下同。VALUESFOLLOWEDBYDIFFERENTSMALLLETTERSINDICATEDSIGNIFICANTDIFFERENCEAT005LEVELINFIGURETHESAMEBELOWA0B01A0B203A0B4051052053發(fā)芽率GR處理TREAMNABCDA0B01A0B203A0B42046081021406B發(fā)芽勢(shì)GP處理TREAMNABA0B01A0B203A0B4501502503504B發(fā)芽指數(shù)GI處理TREAMNACA0B01A0B203A0B4024068012B活力指數(shù)VI處理TREAMNACA0BA0B1A0B2A0B3A0B4051052053C鮮質(zhì)量FW/G處理TREAMNABC圖22PEG濃度變化對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)及幼苗鮮質(zhì)量的影響FIG22EFFECTOFDIFFERENTPEGCONCENTRATIONSONTHEGR、GP、GI、VIANDSEEDLINGFWOFKOELREUTERIAPANICULATAMEANSE234PEG濃度變化對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響由圖22（數(shù)據(jù)見(jiàn)表22）可以看出，復(fù)羽葉欒樹(shù)種子發(fā)芽率隨著干旱脅迫的加劇（PEG濃度的增大）而降低，且各組間表現(xiàn)出顯著性差異。與對(duì)照CK相比，在5、15、25PEG處理下，發(fā)芽率分別降低316、474、735，而在30PEG處理下種子無(wú)萌發(fā)。種子發(fā)芽勢(shì)隨PEG濃度的增大而降低，5、15、25PEG處理下，種子萌發(fā)的高峰期晚于對(duì)照，與對(duì)照相比，分別降低了545、637、545，各處理組間無(wú)差異。隨著PEG濃度的增大，種子的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)都出現(xiàn)明顯的較低。在5、15、25PEG處理下，發(fā)芽指數(shù)分別降低了80、787、886；活力指數(shù)分別降低813、887、952。幼苗的鮮質(zhì)量隨著PEG濃度的增大呈遞減趨勢(shì)。5、15、25PEG處理下鮮重明顯小于對(duì)照，較CK組分別減小165、52、622。且15PEG處理組與20PEG處理組間沒(méi)有顯著性差異。235交互作用對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響雙因素分析結(jié)果表明兩因素的交互作用對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及幼苗鮮重的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P005）表23。由表26知，交互作用對(duì)種子在干旱環(huán)境下的發(fā)芽率有一定補(bǔ)償作用。當(dāng)PEG濃度為5時(shí)，A0B1組種子發(fā)芽率明顯降低，僅為173，通過(guò)15MMOLL1、20MMOLL1、25MMOLL1CACL2的處理后，發(fā)芽率恢復(fù)到CK水平。但當(dāng)CACL2濃度為30MMOLL1時(shí)，種子發(fā)芽率較A0B1組降低了769。PEG濃度為15時(shí)，15和20MMOLL1CACL2組發(fā)芽率較A0B2組均增加了509，但均未能恢復(fù)到對(duì)照水平，25和30MMOLL1CACL2組萌發(fā)困難。PEG濃度上升到25時(shí)，15和20MMOLL1CACL2組發(fā)芽率較A0B3呈明顯先上升后下降趨勢(shì)，25和30MMOLL1CACL2組萌發(fā)困難。而在30PEG處理下，CACL2濃度的增加不能是種子萌發(fā)。由表26可知，交互作用對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響，在同一濃度PEG處理時(shí)，CACL2濃度的增大減緩了干旱脅迫對(duì)種子發(fā)芽勢(shì)的影響，A1B1、A3B1組及A1B2、A3B2組種子發(fā)芽勢(shì)都顯著高于A0B1和A0B2組；當(dāng)PEG達(dá)到及超過(guò)25時(shí)，CACL2濃度達(dá)到25MMOL/L之后，種子無(wú)萌發(fā)。從種子發(fā)芽指數(shù)考慮，在同一濃度PEG處理下，適宜濃度的CACL2溶液使種子發(fā)芽指數(shù)明顯增加，顯著高于單一PEG處理時(shí)的發(fā)芽指數(shù)，甚至達(dá)到CK水平。但過(guò)高的鈣離子濃度會(huì)降低種子的發(fā)芽指數(shù)。從總體上看特定干旱條件下，經(jīng)15MMOLL1、20MMOLL1、25MMOLL1CACL2處理，可減緩種子萌發(fā)過(guò)程中因干旱所造成的損失，但鈣離子濃度過(guò)高（30MMOLL1）可能不會(huì)表現(xiàn)出這種補(bǔ)償作用，甚至使種子的萌發(fā)參數(shù)表現(xiàn)更差。種子萌發(fā)后，在一定的干旱環(huán)境下，中低濃度CACL2溶液顯著性的增加了幼苗的鮮質(zhì)量，使幼苗鮮質(zhì)量明顯大于單一干旱處理時(shí)的鮮質(zhì)量，甚至達(dá)到或超過(guò)CK水平。說(shuō)明在特定的干旱環(huán)境下，一定濃度的外源鈣離子能增大幼苗生物量的積累，增強(qiáng)對(duì)干旱環(huán)境的適應(yīng)；而鈣離子濃度過(guò)高時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)。表26兩因素交互作用對(duì)復(fù)羽葉欒樹(shù)種子發(fā)芽參數(shù)及幼苗鮮質(zhì)量的影響TAB26EFFECTOFINTERACTIONOFDOUBLEFACTORSONTHEGERMINATIONPARAMETERSANDSEEDLINGFWOFKOELREUTERIAPANICULATAMEANSE發(fā)芽率GERMINATIONRATE發(fā)芽勢(shì)GERMINATIONPOTENTIAL發(fā)芽指數(shù)GERMINATIONINDEX鮮質(zhì)量/GFW/GA0B0（CK）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討論分子量6000及以上的PEG是模擬土壤干旱的理想水勢(shì)調(diào)劑物質(zhì)75，其最大的特點(diǎn)是本身不能穿越細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，因而不會(huì)引起質(zhì)壁分離，使植物組織和細(xì)胞處于類似于干旱的水分脅迫之中76。本文以不同PEG6000濃度來(lái)分別模擬復(fù)羽葉欒樹(shù)種子所處的不同水分環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)隨著PEG濃度的增大，種子的萌發(fā)率降低、萌發(fā)高峰期推遲、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)降低，這與施積炎和丁貴杰77、李振基和宋愛(ài)琴78對(duì)馬尾松（PINUSMASSONIANALAMB）、木荷（SCHIMASUPERBAGARDNETCHAMP）等對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)研究結(jié)果基本一致。幼苗鮮質(zhì)量也隨著PEG濃度的增加而減小。當(dāng)PEG濃度過(guò)高時(shí)（25），種子發(fā)芽較少或基本不萌發(fā)。在植物必需元素中，鈣離子具有極其特殊的作用，它不僅作為細(xì)胞的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，而且作為第二信使，調(diào)節(jié)植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)過(guò)程。利用CACL2溶液設(shè)置不同的外源鈣離子濃度梯度處理復(fù)羽葉欒樹(shù)種子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)中低濃度的外源鈣并未對(duì)種子的萌發(fā)參數(shù)產(chǎn)生明顯的影響，這與韋小麗79對(duì)馬尾松種子萌發(fā)的研究結(jié)果相矛盾，這可能與實(shí)驗(yàn)中所用浸種方式有關(guān)，中低濃度的外源鈣處理卻明顯的增加了幼苗的鮮質(zhì)量；而高濃度的外源鈣明顯降低了種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)及活力指數(shù)，與徐萌80研究認(rèn)為高濃度鈣離子能抑制春小麥種子吸水和萌發(fā)，抑制了胚芽和芽鞘的伸長(zhǎng)基本一致，同時(shí)，如表4中鈣離子濃度變化與種子發(fā)芽率之間可能存在一定的線性關(guān)系，但由于實(shí)驗(yàn)中所設(shè)CACL2溶液梯度的不均勻，兩者的相關(guān)性并未得到很好地體現(xiàn)，這一點(diǎn)有待后續(xù)進(jìn)行深入研究。另一方面，中低濃度的鈣離子增大了幼苗鮮質(zhì)量，增大了成苗率，而高濃度的外源鈣則其相反的效果。在環(huán)境脅迫下，鈣和鈣調(diào)素參與脅迫信號(hào)的感受、傳遞、響應(yīng)與表達(dá)，提高植物的抗逆性81。許多研究表明，鈣離子參與種子的萌發(fā)82，調(diào)控與萌發(fā)有關(guān)的重要生理過(guò)程和酶活性83。向各干旱處理組中施加一定濃度的外源鈣時(shí)發(fā)現(xiàn)，同一干旱脅迫水平下中低濃度的CACL2能顯著增加種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)及幼苗的鮮質(zhì)量，表明在種子萌發(fā)過(guò)程中由于干旱脅迫造成的損失，通過(guò)施加一定濃度的外源鈣可以得到補(bǔ)償。這與袁清昌84的研究結(jié)果相似說(shuō)明細(xì)胞外鈣離子除具有穩(wěn)定和保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)和功能的作用外，還對(duì)植物種子萌發(fā)過(guò)程中代謝產(chǎn)生影響。因此，適宜濃度的外源鈣能緩解干旱脅迫對(duì)種子萌發(fā)過(guò)程所造成的傷害。干旱脅迫下種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)特性對(duì)幼苗生存具有十分重要的意義8587。研究表明一般野生的旱生、超旱生植物種子大多具有獨(dú)特地萌發(fā)特性，以適應(yīng)干旱缺水的環(huán)境85,8789。而針對(duì)巖溶地區(qū)土壤中鈣的高富集性，可能在植物的逆境生理所起的作用并未進(jìn)行深入的研究。巖溶地區(qū)土壤中的游離鈣離子含量通常隨著石漠化強(qiáng)度的增加表現(xiàn)出遞增趨勢(shì)1，加之土壤中微生物群落數(shù)量減少、有效N、P含量降低、土壤粘性增加等環(huán)境因素，表現(xiàn)出重度石漠化地區(qū)對(duì)植物的選擇性強(qiáng)于中度石漠化和輕度石漠化區(qū)域；因此如何在生態(tài)修復(fù)進(jìn)行中綜合不同的巖溶生態(tài)環(huán)境因素，篩選出適應(yīng)不同石漠化程度的優(yōu)選植物，避免因植物選擇不當(dāng)而造成人力物力的損失，優(yōu)化巖溶地區(qū)生態(tài)修復(fù)過(guò)程中的植被配置方案等將是我們今后工作與研究的主要方向。第三章外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗生長(zhǎng)的影響31引言植物對(duì)干旱脅迫的生態(tài)反應(yīng)具有整體性90。在脅迫發(fā)生時(shí)，植物各器官的生長(zhǎng)發(fā)育都會(huì)受到一定程度的限制，抑制的是植物細(xì)胞的增大、分裂、伸長(zhǎng)，使細(xì)胞的增殖受到影響，造成植物地上生物量的急劇減少，以防止水分從葉部分的過(guò)多消耗91。植株生長(zhǎng)速度減緩，而根系生長(zhǎng)速度快于正常供水時(shí)，這種適應(yīng)性變化，保證了植物在干旱條件下吸收更多的土壤水分。研究表明，在正常供水時(shí)，植物地上部分與地下部分生長(zhǎng)比例基本相似92，干旱脅迫時(shí)，植物生物量分配的改變有助于其適應(yīng)環(huán)境的變化。通過(guò)植物地下部分與地上部分生物量比率大小來(lái)反映植物對(duì)環(huán)境因子的需求和競(jìng)爭(zhēng)能力的大小93。復(fù)羽葉欒樹(shù)在石灰?guī)r地區(qū)季節(jié)性干旱過(guò)程中表現(xiàn)出非常明顯的“減葉反應(yīng)”，即在干旱脅迫發(fā)生時(shí)，其葉片紛紛凋落，極大的減小了葉面積，使其地上部分生物量減小明顯。利用這種策略，提高了植物的保水能力。本章重點(diǎn)研究復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗在干旱脅迫發(fā)生時(shí)的生物量分配問(wèn)題，以及外源鈣在生物量分配中所起的作用。32材料與方法321實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)及材料2011年10月至2012年9月在重慶市西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行。一年生復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗120株，平均高約35CM；取自重慶市中梁山海石公園19（E10618141065653），為重度石漠化地區(qū)70。供試土壤為中梁山海石公園山地黃壤，其基本理化性狀為PH73，有機(jī)質(zhì)含量12804G/KG，堿解氮含量679MGKG，速效磷5MG/KG，測(cè)得田間持水量為336。322方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)2012年2月將苗木移入雨棚下（四周通風(fēng)）。實(shí)驗(yàn)分為兩組無(wú)鈣對(duì)照組和鈣處理組。無(wú)鈣對(duì)照組按不同干旱條件分為對(duì)照組CK（田間持水量的田間持水量的7580）、輕度干旱LS（田間持水量的5055）、中度干旱MS（田間持水量的3540）、重度干旱組SS（田間持水量的2530）；鈣處理組對(duì)應(yīng)無(wú)鈣組分別為GCK、GLS、GMS、GSS組。每組15個(gè)重復(fù)（如圖31）。土壤含水量采用稱重控水法進(jìn)行控制，即在對(duì)苗木停止供水的第二天起，每天1600時(shí)用管狀取樣器取苗木盆中的土壤測(cè)定含水量的變化情況，以確定停止?jié)菜髠€(gè)處理達(dá)到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求的土壤含水量。取樣時(shí)盡量靠近盆的中央?yún)^(qū)，每盆取樣三個(gè)，測(cè)定含水量并求其平均值，當(dāng)土壤含水量達(dá)到預(yù)定值時(shí)，用天平稱重量（WTC），之后每天1600稱盆重、苗木及土壤總重量（WTT），由于蒸騰、蒸發(fā)作用，使土壤含水量降低，因此每天需對(duì)供試苗木盆中補(bǔ)水，補(bǔ)充水分（WTM）WTCWTT。圖31試驗(yàn)區(qū)組設(shè)計(jì)FIG31THEEXPERIMENTALGROUPDESIGN2012年3月開(kāi)始進(jìn)行外源鈣處理。處理方法對(duì)鈣處理組進(jìn)行外源鈣處理。利用鈣溶液澆灌每天用35MMOL/LCACL2澆灌，持續(xù)時(shí)間110天（試驗(yàn)期間在花盆底部放置托盤(pán)，將滲出溶液回倒入土壤中，以防止水分和鹽分的喪失）。2012年7月進(jìn)行干旱處理。323測(cè)定指標(biāo)分別于開(kāi)始干旱處理當(dāng)天、第二周、第四周、第六周測(cè)定各處理組幼苗株高、基莖并作詳細(xì)記錄。324數(shù)據(jù)處理所有數(shù)據(jù)均采用SPSS160進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，進(jìn)行ANOVA方差分析并進(jìn)行DUNCAN多重比較；利用ORIGIN80進(jìn)行處理作圖。33結(jié)果與分析331外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗株高、地莖的影響如圖32A，脅迫初期，幼苗株高并不會(huì)隨脅迫強(qiáng)度的加劇而發(fā)生變化。脅迫中期LS、MS、SS組間無(wú)差異，但幼苗均高度顯著低于對(duì)照。脅迫末期，隨干旱強(qiáng)度的加劇，復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗株高呈遞減趨勢(shì)，且各處理組間均表現(xiàn)出顯著差異，與對(duì)照相比，分別減小684、838、956（數(shù)據(jù)見(jiàn)附表1）。外源鈣處理后，脅迫初期，GCK組幼苗株高顯著高于對(duì)照，其余各干旱組均維持在對(duì)照水平。脅迫中期，GCK組幼苗株高顯著高于對(duì)照；GLS、GMS組與對(duì)照無(wú)差異；但GSS組與SS組相比，高度雖然有一定程度的增加，但仍顯著低于對(duì)照。脅迫末期，除重度干旱組外，其余干旱強(qiáng)度處理組經(jīng)鈣處理后植株高度均能達(dá)到對(duì)照水平（圖32B）（數(shù)據(jù)見(jiàn)附表1）。2WEKS4WEKS6WEKS0120340560BAAA植株高度PLANTHEIG（CM）處理時(shí)間TRAMNI（）CKLSMCD2WEKS4WEKS6WEKS0120340560DCABCBAA植株高度PLANTHEIG（CM）處理時(shí)間TRAMNI（）CKGLSGMSGSGABB圖32外源鈣對(duì)干旱脅迫下復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗苗高的影響（平均值標(biāo)準(zhǔn)誤）FIG32EFFECTSOFWATERSTRESSONPLANTHEIGHTOFKOELREUTERIAPANICULATAWITHEXOGENOUSCA2MMS如圖33A，脅迫初期、脅迫中期復(fù)羽葉欒樹(shù)幼苗地徑均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)。脅迫初期，各干旱處理組與對(duì)照相比，幼苗地徑分別減小143、531、286。脅迫中期分別為776、1238、1128。在脅迫