1、本科毕业设计（20_届）淹水胁迫对3种引进的观赏树种幼苗的生长和生理影响研究所在学院专业班级生物技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月0目录1前言111中山杉的生物学特性及观赏价值212全缘冬青的生物学特性及观赏价值213美国白蜡的生物学特性及观赏价值22材料与方法221实验材料222测定方法3221丙二醛（MDA）测定方法3222电导率测定方法3223游离脯氨酸测定方法323数据处理33结果与分析331淹水胁迫对3种植物形态的影响3311淹水胁迫对3种植物叶片的影响3312淹水胁迫对3种植物株高的影响432淹水胁迫对植物生理的影响4321水淹条件下3种树种叶片中丙二醛含量的变化4322水淹
2、条件下3种树种叶片相对电导率的变化6323水淹条件下3种树种叶片游离脯氨酸含量的变化74讨论9致谢错误未定义书签。参考文献1111前言水分条件是植物生长的重要环境因子之一，不仅影响植物生长、生理代谢，也影响植物地理分布范围。水分太多会影响植物跟大气环境间的气体交换，植物受淹组织缺氧，难以维持正常的生理代谢及生长发育。涝害是指地面积水，淹没了植物的一部分或全部而造成的伤害。涝害是经常会遇到的，例如暴雨、洪水、海潮等之后，都可以产生涝害1。自20世纪40年代末至今，我国在工业用材林定向培育、经济林栽培和选育、绿化景观树种筛选等方面已经作了大量研究，取得了丰硕成果，但在树种抗逆性、耐水湿筛选方面还缺
3、乏系统和深入的研究。我市受地理位置和海洋性季风气候的影响，地下水位偏高，同时又有众多的江河、湖泊、水库，每年都有暴雨、洪涝等自然灾害发生，城市季节性积水地的面积很大，不耐涝的众多城市绿化树种往往会受到严重涝害甚至死亡2，不仅影响一些旅游区内湖泊、水库、河岸的美观，还会造成水土流失，更重要的是对我市的自然生态环境造成严重破坏。水淹对植物的形态结构造成很大的影响，经过大量的观测不同植物，不同年龄、季节、水淹程度，使形态结构特征变化不尽相同3。当危害严重时，植物会逐渐死亡4。氧从根内向外的释放不利于植物在淹水条件下的存活，使其耐涝能力降低。淹水后植物根系诱发不定根形成，有些植物根系表层化并且变细，根
4、毛增多，根系能减少氧气在细胞中扩散的阻力，又不会形成根中部细胞的缺氧，还可以增加根系表面积，有利氧的吸收；使根内部组织孔隙度大幅提高5。大部分研究发现，植物根系生长对淹水胁迫具有向氧性。不定根根尖细胞具有较高细胞分裂能力和生理活性，根系氧气摄取和运输能力明显改善6。根系的向氧性生长能够减小根系之间对氧气、水分和养分的需求竞争。缺氧条件下，植物吸收土壤中矿质元素的能力要显著降低，主要是因为在缺氧条件下植物只能进行无氧呼吸，无氧呼吸产生能量只有有氧呼吸的567，所以单只靠无氧呼吸产生的能量（ATP），根系细胞ATP的浓度太低，大大减小根系主动吸收矿质的能力。另外，矿质元素必须溶解在水中才能顺蒸腾流
5、运输到地上部分，缺氧时植物的蒸腾作用降低导致矿质元素从从下向上运输数量减少8。土壤缺氧会使土壤的环境改变从而影响植物根系对有效矿质的吸收和积累9。甚至还会氧化还原电势，使一些离子的溶解度降低，使一些根际离子成为有毒的形式。目前，关于低氧锻炼的研究主要集中在组织或细胞的生理生化功能上10，对植物生长发育的研究极少。而后者则是实践应用的直接理论基础，今后需要进一步加强。淹水胁迫下，气孔关闭是植物表现出来的的最初的适应性反应之一，此时植物叶片的水分并不会缺失，水势有时还会提高，但叶片气孔关闭，增大二氧化碳向叶片扩散的阻力，继而影响光合相关酶类的活性14，也会导致气孔导度下降11。由于气孔是植物体与外
6、界进行气体交换的通道，气孔的开闭程度对蒸腾和光合作用具有重要的调控作用12,13，淹水期间气孔关闭导致蒸腾速率下降。植物受淹时，根系缺氧会影响叶片的光合作用；此时叶绿素合成能力下降导致含量大幅度减少，绿色面积减少，直至植物死亡。除此，植物在缺氧条件下，无氧呼吸产生的能量成为植物生长发育必需能量的主要来源，但是无氧呼吸产生的能量远远比不上有氧呼吸，为了获得更多的能量，一定要消耗体内储存的光合产物以及产能物质，时间太长就会导致植物死亡15。总之，植物的抗涝性涉及方面比较广。包括糖代谢和通气组织以及其它多种细胞反应16。影响缺氧等环境胁迫下抗氧化剂保护作用的因素很多17胞质PH的维持是淹水下能否生存
7、的一个重要决定因子。整个低氧适应反应的关键在于厌氧信号的传递与表达调控。对植物在水淹条件下生理变化的研究，可以更好的解释植物抗缺氧胁迫的适应机制18，改良现有的涝渍地作物栽培技术，并且可以推广生长调节剂等在2抗涝栽培上的应用。针对以上的情况，开展植物抗涝性的研究，通过对水淹过程中3种植物美国白蜡（FRAXINUSAMERICANA）、中山杉（ASCENDENSMUCRONATUM）、全缘冬青（ILEXINTEGRATHUNB）生长变化和生理变化即脯氨酸、电导率和丙二醛的含量测定来研究这三种植物的抗涝性。旨在筛选耐水淹同时观赏价值高的树种，在城市绿化中加以推广应用，丰富环境景观，对改善我市的生态
8、环境，完善我市生态城市建设，促进我市生态城市建设，促进我市经济的可持续发展有重大意义。11中山杉的生物学特性及观赏价值中山杉属杉科，落羽杉属。为半常绿高大乔木，为羽状复叶。叶呈条形，互生，长0610厘米，螺旋状散生小枝上，不成二列。属内不同种、变种及栽培种之间在大部分形态、生物学、适应性上差异显著，但雌、雄球花形态上十分相似。花为孢子叶球（球花），雌、雄异花，同株。雄球花着生在小枝上，成熟时呈椭圆形，长3050毫米，多个雄球花形成葇荑花序，成熟后飘散出大量花粉。雌球花着生在新枝顶部，单个或23个簇生，成熟时呈球形，长3550毫米。成熟后珠鳞张开。成熟球果为圆球形或椭圆形，体积较大，810立方米
9、。灰绿或褐色。中山杉树干挺拔、树型优美，树叶绿色期长，耐盐碱、耐水湿，抗风性强，病虫害少，生长速度快19。是园林绿化良种木。在城市园林绿化、水源涵养、水土保持、绿色景观通道、生态建设等方面呈现广阔的发展前景。12全缘冬青的生物学特性及观赏价值全缘冬青为冬青科冬青属植物。常绿乔木，可高达13米；亚热带树种，喜温暖气候，有一定耐寒力。树皮灰色或淡灰色。叶薄革质，狭长椭圆形或披针形，有光泽；果实椭圆形或近球形，成熟时深红色；分核45。聚伞花序着生于新枝叶腋内或叶腋外，雄花序有花1030朵，雌花序有花37朵；花瓣紫红色或淡紫色，向外反卷。花期56月，果熟朋910月。对二氧化硫抗性强。适生于肥沃湿润、排
10、水良好的酸性壤土。较耐阴湿，萌芽力强，耐修剪。树形整齐，可作为城乡绿化和庭院观赏植物20。13美国白蜡的生物学特性及观赏价值美国白蜡为木犀科白蜡树属植物。外形亮丽，树势雄伟，冠幅达12米。小枝圆形，粗状。圆锥花序侧生或顶生于当年生枝上，大而疏松，花萼钟状，无花瓣。花期35月；果10月成熟。奇数羽状复叶，小叶7枚，叶片卵形或卵状披针形，表面暗绿色，有光泽。秋季叶片紫红。鲜艳夺目翅果倒披针形，长34CM。喜光，能耐侧方庇阴，喜温暖，也耐寒。喜肥沃湿润也能耐干旱瘠薄，也稍能耐水湿，喜钙质壤土或沙壤土，并耐轻盐碱，抗烟尘，深根性。生长快，宜做遮荫树，也是很好的行道树，具有较高的观赏价值。2材料与方法2
11、1实验材料供试材料为美国白蜡、中山杉、全缘冬青的2年生幼苗。2011年7月15日从市林科院苗场移栽入盆径为10CM的塑料盆，基质由园土和腐叶土混合而成，苗定植1各月成活后开始实验。322测定方法每个树种选30盆盆栽幼苗，每盆栽种一棵树苗。其中10盆为对照组按照正常浇水种植，另外20盆做两个重复处理为实验组进行水淹处理，实验组在长3米，宽1米的长方形水槽中进行淹水处理。将幼苗连盆一起置于淹水槽中，以淹没根颈部2CM即可。每处理幼苗20株，每个处理重复2次。每隔5天摘取适量植株叶片测定游离脯氨酸、丙二醛、电导率3个指标，共取样6次。221丙二醛（MDA）测定方法采样时实验组和对照组分别采取生长一致
12、的叶片1G，采用硫代巴比妥酸（TBA）法利用紫外可见分光光度计进行其含量测定4。222电导率测定方法每次采样实验组和对照组分别采取2G生长一致的叶片，用DDS11A型直读电导仪测定电导值18。223游离脯氨酸测定方法实验首先绘制脯氨酸标准曲线。每次采样对照组和实验组分别采取03G生长一致的叶片，采用磺基水杨酸法提取游离脯氨酸并用茚三酮比色法测定其含量18。23数据处理实验数据采用MICROSOFTEXCEL和SPSS软件进行回归和差异显著性分析。3结果与分析31淹水胁迫对3种植物形态的影响311淹水胁迫对3种植物叶片的影响叶片是植物在收到水淹胁迫后最容易观察的器官。对美国白蜡、中山杉、全缘冬青
13、三种树种进行水淹状态下的形态观察发现，全缘冬青的耐水淹性比较差，水淹5天时，美国白蜡和中山杉生长正常，而全缘冬青叶片背面出现淡褐色水渍斑点。水淹10天后，全缘冬青叶片上的斑点开始变大，且顶端幼叶稍微变黄。水淹15天后，美国白蜡叶片也产生褐色水渍斑点，中山杉叶片开始变黄，而全缘冬青叶片脱落大半，叶片变黄增多。水淹20天后，全缘冬青叶片几乎全部脱落变黄，植株接近死亡，美国白蜡和中山杉虽有少数病叶脱落，但绝大多数叶片仍能维持现状，病斑扩展之分缓慢，且有新叶萌发出来。水淹30天后，美国白蜡受害症状加深，但是生长没有很大的变化，中山杉整个水淹期间未表现出明显受害症状，最耐水淹。对照组植物生长正常，叶片几
14、乎没有发黄的现象。表1水淹条件下3种植物叶片的变化TABLE1CHANGEOFPLANTLEAVESIN3TREESPECIESUNDERWATERLOGGINGSTRESS第5天第10天第15天第20天第25天第30天4美国白蜡叶片正常叶片正常出现褐色水渍斑点斑点扩大，出现病叶有些叶片变黄，出现新叶维持原样中山杉叶片正常叶片正常叶片变黄变黄增多，叶片有脱落维持原样，生长良好叶片变黄，出现新叶全缘冬青背面出现淡褐色水渍斑点斑点开始变大，顶端幼叶变黄叶片变黄脱落叶片几乎全部变黄脱落312淹水胁迫对3种植物株高的影响近年来对水湿胁迫下植物地上部分的形态学研究发现，利用同一种植物在水淹时间梯度下，植
15、物叶片的变化和株高的变化作为指示植物对水渍的反应,这两个变化可以作为比较重要的耐水淹指标21,22。淹水胁迫下，一般植物的根系会大量死亡，但抗涝性比较好的植物甚至会形成新根23,24。本次实验观察的3种植物中，对照组和实验组的中山杉在水淹期之前和之后的株高基本上都没有变化。实验组的美国白蜡在水淹前期株高没有变化，植株基本没有生长，对照组的有增高2CM左右；在实验后期，实验组的美国白蜡开始生长，增高速度要快于对照组增高速度，并且有新叶增长，美国白蜡在适应水淹之后会有更快的生长。所有全缘冬青在实验前些天都有所增高，但是后期，实验组的全缘冬青停止生长，甚至有萎缩现象发生，到第20多天后，植株已经干枯
16、。对照组生长良好，持续增高。表2水淹条件下三种植物株高的变化TABLE2CHANGEOFPLANTHEIGHTIN3TREESPECIESUNDERWATERLOGGINGSTRESS第5天第10天第15天第20天第25天第30天美国白蜡变化不大增高约2CM变化不大变化不大增高约5CM持续增高中山杉变化不大增高约1CM变化不大增高约2CM变化不大变化不大全缘冬青变化不大增高约2CM变化不大植株萎缩，几乎枯死32淹水胁迫对植物生理的影响本文以游离脯氨酸和丙二醛MDA含量及相对电导率为生理指标，比较分析了美国白蜡、中山杉、全缘冬青三种植物的耐涝性强弱，为选择河堤生态型护岸绿化树种及营造魅力的滨水景
17、观提供重要依据。321水淹条件下3种树种叶片中丙二醛含量的变化由图11，美国白蜡叶片MDA含量在整个水淹期间均高于对照组，在第20天至25天期间实验组叶片MDA与对照组叶片MDA逐渐拉大，在第25到第30天期间又开始降低，与对照组保持一致。501234505101520253035天数（DAY）丙二醛含量MDA/MOLG1FW对照组实验组由图12，实验组的全缘冬青在水淹5天至15天期间叶片的MDA显著高于对照组，并在第10天达到最大值，然后逐渐下降下降，一直低于对照组，有越来越低的趋势。01234567890510152025天数（DAY）丙二醛含量MDAMOLG1FW对照组实验组由图13，实
18、验组的中山杉叶片MDA含量在水淹10天时有个显著的升高过程，与对照组叶片的MDA有个显著差异，然后逐渐降低与对照组保持一致。图11美国白蜡丙二醛的含量FIG11THEMDACONTENTFORFRAXINUSAMERICANA图12全缘冬青丙二醛含量FIG12THEMDACONTENTFORILEXINTEGRA601234567890510152025天数（DAY）丙二醛含量MDAMOLG1FW对照组实验组322水淹条件下3种树种叶片相对电导率的变化由图21，实验组美国白蜡在水淹处理的前25天的相对电导率均高于对照组，且在第十天与对照组的差别达到最大，然后逐渐降低，在水淹30天后低于对照组。
19、0010203040506010203040天数（DAY）相对电导率（）对照组实验组由图22，进行水淹处理的全缘冬青实验组的相对电导率一直要低于对照组的电导率，且有越来越大的趋势。图13中山杉丙二醛含量FIG13THEMDACONTENTFORASCENDENS图21美国白蜡相对电导率FIG21THERELATIVECONDUCTIVITYOFFRAXINUSAMERICANA70005010150202503010203040天数（DAY）相对电导率（）对照组实验组由图23，水淹处理的中山杉的相对电导率一开始要低于对照组，在水淹15天时，实验组中山杉的相对电导率显著高于对照组，水淹20天后实
20、验组中山杉的相对电导率逐渐下降，一直处于比对照组低的状态。000501015020250305101520253035天数（DAY）相对电导率（）对照组实验组323水淹条件下3种树种叶片游离脯氨酸含量的变化由图31，水淹处理的实验组美国白蜡游离脯氨酸的含量前10天有个先降低再升高的过程，之后保持稳定增长，且有高于对照组的趋势。图22全缘冬青相对电导率FIG22THERELATIVECONDUCTIVITYOFILEXINTEGRATHUNB图23中山杉的相对电导率FIG23THERELATIVECONDUCTIVITYOFASCENDENSMUCRONATUM80102030405060708
21、090010203040天数DAY游离脯氨酸PRO/GG1FW对照组实验组由图32，全缘冬青在水淹处理下游离脯氨酸含量先有个短暂升高的阶段，然后急剧下降，在第20天，全缘冬青基本上叶片全部脱落，植株接近死亡。01020304050607005101520253035天数DAY游离脯氨酸PRO/GG1FW对照组实验组由图33，水淹处理下的中山杉游离脯氨酸的含量基本上均高于对照组，在第15天有个短暂下降的过程，但是马上恢复增加的趋势。图31美国白蜡游离脯氨酸的含量FIG31THEDISSOCIATEDPROLINECONTENTOFFRAXINUSAMERICANA图33全缘冬青游离脯氨酸含量FI
22、G33THEDISSOCIATEDPROLINECONTENTOFILEXINTEGRA902040608010012005101520253035天数DAY游离脯氨酸PRO/GG1FW对照组实验组4讨论植物生长的变化，比较大概的反映了外界环境条件对植物的影响和植物对环境的适应能力的强弱，大部分的研究甚至将植物生长变化作为植物抗性强弱的最终衡量指标。综合所有观察的淹水条件下植物生长变化特点,可认为美国白蜡和中山杉幼苗耐淹水能力较好。淹水处理下，茎质比增加，可能是为了减少叶片蒸腾,增强植株个体的抗水涝胁迫能力25,这是大部分植物为了适应淹水环境的一种生理策略。MDA是膜脂过氧化的主要产物之一。大
23、量的研究结果表明，当植物处于水涝状态时,细胞内自由基的产生与清除之间的平衡遭到破坏，有利于自由基产生,从而破坏膜的选择透性，严重时会导致植物细胞死亡。膜脂过氧化的中间产物自由基和最终产物丙二醛MDA能够抑制细胞保护酶活性和降低抗氧化物的含量,从而加剧膜脂过氧化。胁迫条件下,MDA含量增加,这与大部分的研究结果相似。因此MDA含量增加是植物细胞损伤的直接原因。耐淹品种的乙醛含量较低26,27。通过MDA含量增加的幅度可以判断出三种树苗的耐淹情况,美国白蜡和中山杉在水淹处理期间实验组叶片的MDA含量基本上能与对照组保持一致，说明受涝害不严重，抗涝性比较好。水淹处理期间某一段时间实验组与对照组出现较
24、大差异，但是能很快的恢复过来，说明美国白蜡和中山杉耐涝性比较好，在水淹处理下自我恢复能力比较强。而全缘冬青由前面的显著增高到后面的一直降低，且再水淹20天之后，全缘冬青已濒临死亡，说明全缘冬青的抗涝性比较差。细胞膜是细胞与环境发生物质交换的主要通道，维持着正常生命过程的稳定性。相对电导率的变化可以反映植物细胞膜的伤害程度,在水淹胁迫条件下，感受最敏感的就是细胞膜，细胞膜透性大小能够反映出细胞质膜受害的程度，且可以作为各种树木抗逆性的指标4,并且可作为抗寒性大小的重要指标应用5。白蜡在一开始到第10天的时候电导率有个显著的升高，这时植株收到伤害比较大，随着时间的增长，美国白蜡的电导率反而有所下降
25、，接近对照组，说明美国白蜡有很好得抗涝性。中山杉电导率第10的时候下降到一个最低点，第15天的时候升到最高点，这个期间植株受到的伤害最大，然后保持平缓，中山杉抗涝性比较好。水淹处理的全缘冬青相对电导率跟对照组差异颇大，且不能恢复，全缘冬青抗涝性比较差。植物为了抵抗或适应各种逆境胁迫要进行渗透调节，脯氨酸是植物体内的一种渗透调节物质，其含量的变化是植物对逆境条件的一种适应性变化。有研究表明耐淹品种的脯氨酸含量总是高于不耐淹品种，并图33中山杉游离脯氨酸的含量FIG33THEDISSOCIATEDPROLINECONTENTOFASCENDENSMUCRONATUM10且涝渍胁迫后耐性品种脯氨酸含
26、量上升幅度较大13,17,18。渗透调节是植物适应水分胁迫的重要机制。胁迫条件下植物体内游离脯氨酸含量显著增加，存在于细胞质中的游离脯氨酸能调节渗透平衡,对细胞质中的各种酶起到保护作用，防止细胞水分散失。因此脯氨酸含量的变化是植物抗涝性的重要指标。全缘冬青在水淹的前10天叶片内的游离脯氨酸含量并没有出现什么变化，但是在水淹10天后，叶片内游离脯氨酸含量急剧下降，植株叶片已发黄枯萎，植物受到的损害不可恢复。从三种生理指标分析证明,3种树种苗期耐水淹的能力是中山杉美国白蜡全缘冬青。美国白蜡和中山杉2个树种具有一定的耐涝能力,适合于栽植于大多数沿江地带,可以广泛推广利用。11参考文献1向其柏桢楠属一
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