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低温对卷荚相思无性系耐寒生理特征的影响及综合评价

【摘要】:卷荚相思是热带、亚热带重要的用材树种,对其抗低温的研究对扩大其种植范围具有重要意义。本研究以11个卷荚相思无性系为参试材料,利用人工气候箱进行了控温的办法,研究了四个温度条件下(15℃、10℃、5℃、0℃)对11个卷荚相思无性系幼苗的光合特性及生理生化方面的影响,以期揭示卷荚相思耐寒生理机制,并通过方差分析、多重比较、主成分分析等数学手段鉴定筛选光合能力和抗寒性能力强的无性系,为卷荚相思栽培推广提供依据。主要实验结果如下: 1.观察低温状态下无性系生长表型的变化,得知降温初始阶段,所有参试植株叶形、叶色、枝梢形态并未发生明显变化。10℃之后时,多数无性系叶片出现萎蔫并伴有下垂,随着温度的下降,大部分的无性系主要表现为叶色失绿,萎蔫加重,并开始卷曲;在0℃时,无性系2-15、2-21、14-5、14-11的叶片出先现轻微萎蔫的症状,但叶色仍旧较绿,而其余的无性系叶片失绿明显,并容易掉落。 2.对11个卷荚相思无性系的相对电导率进行分析后得知,在低温处理过程中,参试材料细胞受损严重,造成电解质外渗率增大,相对电导率呈上升趋势。在5℃处理下,部分无性系的相对电导率相比于对照,显著增加,说明无性系在此温度下,细胞受损严重。进而对参试无性系进行半致死温度分析,结果表明,部分无性系在5℃-0℃之间就已经出现了相对电导率超过50%,处于半致死的状态。而无性系14-5、14-11、2-15、2-21则耐寒能力要强于其他无性系。 3.测定了11个卷荚相思无性系低温下的可溶性糖含量和可溶性蛋白含量,经方差分析表明,二者在无性系间的差异均达到了极显著水平,且都随着温度的下降,呈现先上升后下降的趋势。无性系金18、SS2、NS和2-15在温度降至0℃时,体内的可溶性糖含量低于对照,说明0℃使植株的细胞受损严重,植株没能够聚集更多的可溶性糖,无性系2-21在降温后期体内仍含有较高的可溶性糖,说明其抗寒能力较强。而在0℃时,所有参试无性系的可溶性蛋白含量降低后仍高于对照。无性系2-15在整个过程中体内的可溶性蛋白一直处于上升中,因此耐寒性要强于其他无性系。 4.低温条件下,SOD、CAT、POD酶活性先上升后下降,其中SOD活性,在0℃处理时,细胞保护酶机制受到了影响,导致参试无性系的酶活性值都低于依照,无性系14-5、14-11、2-15、2-21相对于对照降幅小,耐寒能力自然较强。CAT活性变化趋势中,在温度为0℃时,只有14-5、14-11的酶活性仍高于对照,且无性系14-11的耐寒能力比14-5强;POD活性变化中,无性系中4. ZJ1、ZJ8、ZJ22、14-5、14-11的变化趋势较明显。0℃时,除了无性系中4小于对照,其余皆高于对照。无性系ZJ22在低温状态下,仍能保持较高的POD活性; 5.植物遭受低温迫害时,通过增加体内的SOD、CAT、POD来避免细胞膜受伤害,而细胞保护酶活性的上升,减缓了MDA含量的增加,这是卷荚相思幼苗对低温胁迫所产生的保护性反应。在低温胁迫过程中,参试的无性系MDA含量变化不一致,但大致呈先上升后下降最后上升的趋势。由于耐寒性强的植物体内的MDA含量应较低,由此可知,无性系金18、SS2、ZJ22、2-15的抗寒能力要高于其他品种。 6.低温胁迫下卷荚相思光合速率(Pn)不断下降,且气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)也随之下降,但是胞间浓度(Ci)却缓慢上升,这说明叶片光合速率的下降主要是由非气孔因素引起的。无性系2-21在整个低温胁迫过程中能够保持较高的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。 7.11个卷荚相思无性系的叶绿素荧光参数,初始荧光(Fo)随着胁迫程度的加深,呈上升趋势,PSII最大光学效率(Fv/Fm)则呈明显下降,且这种变化规律在不同的卷荚相思无性系中也有差异。无性系2-15在低温处理中,初始荧光增加值较小,说明在低温中仍能保持较高的激发能利用率,能够维持光合电子传递链的正常运转。而植株的最大光化学效率(Fv/Fm),无性系ZJl的降幅较小,说明其在低温环境中,植株的PS II反应中心受到的伤害较轻,发生的光抑制较小对低温有着更好的适应能力。 8.对本实验所有测定指标进行了相关性分析,得知相对电导率与MDA、可溶性蛋白、光合指标以及Fv/Fm的相关性密切,因此可以作为卷荚相思耐寒性的指标。 9.对11个卷荚相思无性系的抗寒能力进行抗寒能力的综合评价,运用主成分分析法,确定抗寒能力较强的品种,11个卷荚相思无性系抗寒能力大小依次为2-21、14-5、ZJ1、 NS、2-15、14-11、ZJ8、中4、ZJ22、SS2、金18。

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