荒漠草原植物水分利用策略及干旱适应机制

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：本研究中4 种优势植物的脯氨酸含量和RWC 对不同土壤水分条件的响应有显著的种间差异，而且降水量与物种之间对脯氨酸含量和RWC 的交互作用显著。本研究中，17.5 mm 降水期4 种优势植物叶片的K、Na 含量明显积累，随着水分条件变好而降低，这也是植物抵御干旱胁迫的一种表现。

植物受环境胁迫时脯氨酸会大量累积，以维持细胞一定的含水量和膨压势，从而增强植物的抗逆性（汤章城，1983；马成仓等，2007；王一航等，2017）。植物RWC 可以直观反映植物的抗脱水性和水分亏缺状态，RWC 越高，植物抗脱水性就越强，其渗透调节功能和抗旱性也越高（李善家等，2013）。本研究中4 种优势植物的脯氨酸含量和RWC 对不同土壤水分条件的响应有显著的种间差异，而且降水量与物种之间对脯氨酸含量和RWC 的交互作用显著。在降水量不足时，牛枝子脯氨酸含量极显著高于其他3 种植物，而在降水增多时牛枝子脯氨酸含量下降了2.51 ～5.62 倍，并且同时维持相对稳定的RWC，说明牛枝子能够加强渗透调节能力来维持相对比较稳定的水分状态，从而使植株通过正常代谢生长。蒙古冰草和甘草在不同降水期的脯氨酸含量和RWC 呈现同步性变化趋势，说明这2 种植物在干旱环境下具有较强的抵抗组织脱水能力，维持细胞膨压，耐受水分亏缺，具有较强的抗旱性。短花针茅的脯氨酸含量和RWC 较低，且在不同降水期无显著变化，其可能主要通过自身形态结构变化来适应不同的土壤水分（王旭峰等， 2013）。

气孔是连接环境中的CO2、水分与植物叶片细胞的通道，因此，气孔导度的大小会直接影响植物叶片的光合作用和蒸腾作用（蒋高明等， 1997）。目前关于影响植物光合作用的因素被分为两类：气孔因素和非气孔因素。干旱胁迫致使气孔导度下降，CO2 进入叶片受阻而使光合速率下降，这主要受气孔导度的影响（牛书丽等，2003）；而非气孔因素主要受叶肉细胞的光合活性影响，表现为当植物的净光合速率降低时，其胞间CO2 浓度上升，主要是由于干旱胁迫导致参与光合作用的酶活性降低从而导致光合速率下降（Zhao et al.，2002）。本研究中，4 种植物之间的气体交换参数具有显著差异，随着降水量增加，蒙古冰草、短花针茅和牛枝子的叶片气孔导度、胞间CO2 浓度和蒸腾速率均表现为增加趋势，而甘草的胞间CO2 浓度在不同降水期无显著差异，且在17.5 mm 降水期略高于93.3 mm 降水期。说明蒙古冰草、短花针茅和牛枝子净光合速率降低的原因可能是气孔因素；而甘草净光合速率降低的主要原因可能是非气孔因素。(www.chuimin.cn)

随着降水增多，除了蒙古冰草，其他群落优势植物叶片N、P 含量差异显著性水平较弱，说明群落总体的N、P 含量具有一定的稳定性。K 和Na 元素对于植物气孔调节、蛋白合成等代谢过程至关重要（Wang et al.，2004）。处于盐胁迫的植物，大多会积累大量的K 和Na，其中Na比K 具有更强的渗透调节功能，在盐渍环境下可能会替代K 的功能，当植物受到干旱胁迫时，植物通过主动运输将Na+运输到细胞外，会导致细胞外的溶液浓度升高，从而影响植物对水分的吸收和转运（柏新富等，2010）。本研究中，17.5 mm 降水期4 种优势植物叶片的K、Na 含量明显积累，随着水分条件变好而降低，这也是植物抵御干旱胁迫的一种表现。因此，植物叶片K 和Na 元素含量增加可能是植物应对干旱胁迫、提高渗透调节能力、增强抗旱性的策略。其中，蒙古冰草的K 含量显著高于其他植物，蒙古冰草和甘草的Na 含量显著高于短花针茅和牛枝子，说明蒙古冰草和甘草能够通过大量吸收和积累无机离子来增强吸水力，减少蒸腾失水，具有更强的干旱适应能力。

荒漠草原植物水分利用策略及干旱适应机制

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