干旱适应机制：水分利用与营养元素分布的影响

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：可见，植物各器官生物量的分配是植物生殖与生存平衡的结果，也是植物适应环境的权衡策略。本章将采用室内水分控制实验，研究这4 种优势植物当年生植株生长参数、各器官生物量分配及N、P、K 营养元素含量分布对干旱胁迫的响应，初步揭示植物幼苗生长期应对干旱胁迫的生物量分配策略和营养元素含量分布特征，进一步对比研究不同植物的干旱适应策略，为综合有效地筛选出水分高效利用和耐旱性强的优势植物提供实验参考。

荒漠草原植物通常处于干旱、盐渍化和营养贫瘠的胁迫环境中（张科等，2012），而植物各器官的生物量分配在植物获取资源和生存竞争方面具有重要影响。前人研究发现，在一定程度上，植物能够通过调整不同器官之间生物量的分配来适应干旱胁迫，表现出植物不同器官的生物量会因干旱胁迫而减小，根茎比增加（刘长利等，2006；闫海霞等，2011；李冬琴等，2016）。植物的生物量分配策略也会直接影响植物对环境的适应能力，在发现生长环境变化后，植物会将资源分配到最需要的器官中，以更有效地获取日益稀缺的资源（郝虎东等，2009；陈国鹏等，2016）。比如，面临水分亏缺时，植物通过增加根系生物量获取水分；而土壤水分充足时，植物通过增加地上生物量的分配比例促进光合产能。可见，植物各器官生物量的分配是植物生殖与生存平衡的结果，也是植物适应环境的权衡策略（闫帮国等，2016）。异速生长分配理论认为，植物体各器官生物量分配的不同使各部分间存在异速生长关系，当某器官生物量与生物体大小的幂次函数指数小于1 时，这个器官生物量的比例可能随着生物体变大而逐渐降低（闫帮国等，2016），所以，生物体大小与各器官生物量并非成比例增长（陈国鹏等，2016）。因此，植物异速生长被认为是一种适应性策略，其可以最大化吸收有限的资源，并且可以在胁迫环境下促进植物整株的生长（韩文轩等，2008）。

在植物的整个生长过程中，各器官的生物量分配比例会随着不同环境而不断变化，表现出不同的生长特性与物质分配规律（于鸿莹等，2014）。植物器官中N、P、K 作为植物生长中的重要生源要素，其含量在决定植物生长代谢以及响应环境变化中具有重要的地位。研究表明，高N 会使植物地上部分的分配比例增大，N ∶P 比率的变化能够影响植物生物量的最终分配（Andrews et al.，2006）。K 通过与N 互作，参与光合作用过程，增强植物抗旱性。干旱胁迫将会影响植物对N、P、K 的吸收和利用，导致营养元素之间比例失调，从而影响其他生理代谢平衡（Koerselman et al.，1996）。因此，研究植物营养元素的积累分配及其抗旱特性在实践中具有重要意义。

根据前三章的试验研究结果发现，在荒漠草原自然恢复区，蒙古冰草（Agropyron mongolicum）、甘草（Glycyrrhiza uralensis）、短花针茅（Stipa breviflora）和牛枝子（Lespedeza potaninii）这4 种优势植物在不同降水时期表现出不同的水分利用模式，对干旱的适应性也呈现出明显的种间差异。这4 种植物当年生栽植苗对干旱胁迫的生理响应特征研究已有部分成果，但在应对干旱胁迫的环境压力下，植物体内元素比例是否具有稳定性，以及植物生长生物量分配与N、P、K 元素含量分布之间会存在何种相关关系，不同优势植物应对干旱胁迫是否存在生物量与元素分配策略之间的差异，这些方面还未见相关系统报道。(www.chuimin.cn)

本章将采用室内水分控制实验，研究这4 种优势植物当年生植株生长参数、各器官生物量分配及N、P、K 营养元素含量分布对干旱胁迫的响应，初步揭示植物幼苗生长期应对干旱胁迫的生物量分配策略和营养元素含量分布特征，进一步对比研究不同植物的干旱适应策略，为综合有效地筛选出水分高效利用和耐旱性强的优势植物提供实验参考。

干旱适应机制：水分利用与营养元素分布的影响

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