21世紀以來,隨著工業(yè)化和城市化的加快,化石燃料的大量燃燒導致的近地層O_3濃度升高,而且全球氣候變化導致干旱頻發(fā),成為主要的環(huán)境問題。植物在生長季受到O_3和干旱的雙重脅迫,影響了其生長發(fā)育過程。非結構性碳水化合物(total nonstructural carbohydrates,TNC)是植物進行光合作用的主要產(chǎn)物,具有運輸、能量代謝和滲透調節(jié)的功能,為合成防御化合物或與參與養(yǎng)分獲取或防御的共生體交換提供底物�？勺鳛槟芰枯d體和初級和次生代謝的基石,并在植物的生長過程中發(fā)揮重要作用。但是干旱和高濃度O_3通過影響光合速率和生長所需的碳量而嚴重影響了TNC在植物中的儲存。為了探究近地層O_3濃度升高和干旱脅迫對植物生理生化和TNC積累與分配的影響,本文選擇敏感性楊樹品種‘546’(Populus deltoids cv.55/56×P.deltoides cv.‘Imperial’)為研究對象,采用開頂式氣室(open top chambers,OTCs)和楊樹盆栽實驗的方法研究了O_3、干旱及其交互作用對其葉片生理生化的影響,包括:飽和光合速率(A_(sat))、氣孔導度(g_s)、抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量的影響;進而研究了O_3、干旱及其交互作用對其葉片和細根的TNC的積累與分配的影響,包括:可溶性糖各組分和淀粉含量變化以及根葉比。研究結果如下:(1)O_3濃度升高顯著降低楊樹葉片的飽和光合速率(A_(sat)),而干旱處理對A_(sat)無顯著影響,O_3與干旱存在十分顯著的交互作用;過氧化氫酶(CAT)在干旱條件下活性顯著上升而超氧化物歧化酶(SOD)酶活性則顯著下降,隨著處理時間的增加,干旱顯著降低CAT和SOD活性;抗壞血酸過氧化物酶(APX)的活性在時間延長的條件下也明顯下降,而可溶性蛋白的含量隨著處理時間延長顯著增加;但是,過氧化物酶(POD)不受O_3、干旱及O_3與干旱交互作用的顯著影響。(2)O_3濃度升高使葉片總可溶性糖含量顯著增加,其中葡萄糖和果糖的含量也增加,而淀粉含量顯著降低。在干旱條件下,葡萄糖和蔗糖的含量顯著升高,但淀粉的含量下降。隨著處理時間的延長,楊樹葉片蔗糖的含量存在顯著上升的趨勢,淀粉含量變化與蔗糖相同,而葉片中的葡萄糖和果糖兩者的含量均下降。時間處理顯著增加了葉片蔗糖和淀粉含量,顯著降低葡萄糖和果糖含量。O_3與時間對楊樹葉片存在顯著的交互作用,干旱和處理時間有交互作用,O_3和干旱對葉片有交互作用。(3)O_3濃度升高顯著增加楊樹細根中果糖和淀粉的含量。干旱顯著增加蔗糖含量,而顯著降低果糖、多糖和總糖含量。處理時間顯著增加楊樹細根淀粉含量,而顯著降低多糖和總糖含量。處理時間和干旱對楊樹細根有顯著交互作用,O_3和干旱對楊樹細根有顯著交互作用。在復合脅迫下,干旱的發(fā)生引起楊樹葉片和細根中淀粉的積累是為了更好地抵御對O_3的吸收,因此對楊樹的生長是一種減緩毒害的作用。(4)隨著時間的延長楊樹葉片中TNC的含量增加明顯。楊樹細根TNC的含量在干旱下顯著降低,而且O_3和干旱對細根TNC有顯著交互作用。TNC是可溶性糖和淀粉的總和,隨著可溶性糖的各組分和淀粉含量的變化而變化。在共同作用下,由于干旱可以降低楊樹對O_3的吸收,因此TNC的含量下降。(5)根葉比是體現(xiàn)楊樹內部TNC分配的一個重要參數(shù)。研究O_3、干旱脅迫對根葉比影響的結果表明:O_3濃度升高和干旱均顯著增加了淀粉的根葉比。而時間處理顯著降低了總糖和TNC的根葉比。時間和O_3對楊樹淀粉的根葉比有顯著交互作用,時間和干旱對總糖根葉比有顯著交互作用,O_3和干旱對淀粉和總糖根葉比有顯著交互作用。根葉比體現(xiàn)的是對楊樹TNC的分配,在復合脅迫下,楊樹將更多的淀粉分配到細根中,將可溶性糖分配到葉片以應對O_3和干旱的脅迫,因此淀粉根葉比增加而總糖的根葉比下降。本研究是在模擬未來環(huán)境中O_3濃度的上升,干旱程度加劇的全球變化情景下,研究了楊樹生理生化和TNC對環(huán)境變化的響應特征,其結果可為植物應對逆境的生理生態(tài)機制研究提供依據(jù)。本論文對評價我國當前近地層O_3及干旱復合污染條件下楊樹脅迫響應特征的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
【學位單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X515;S792.11
【部分圖文】：

圖 1.1 植物中非結構性碳水化合物功能示意圖（參考 Hartmann and Trumbore, 2016）Fig.1.1 The function of non-structural carbohydrates (TNC) in plant metabolic activity.楊樹（Populus nigra）被廣泛種植，它不僅可以用于生態(tài)防護還可作為工業(yè)用材。它在北方廣泛栽培，是主要的防護林和用材林。它在環(huán)境治理、防風固沙以及

臭氧污染與干旱脅迫對楊樹生理生化及非結構性碳水化合物積累和分配的影響OTCs 氣室主體由透明鋼化玻璃構成，底面為正八邊形，底部面積 12.5 m2，高3 m。整個裝置呈正八面體，它的頂部呈 45°角，由幾塊玻璃圍成一個圓形的開口（如圖 2.1），這是為防止外部氣體對室內氣體產(chǎn)生影響。實驗期間使用紫外吸收臭氧分析儀（49i 型，美國 ThermoScientific 公司），在氣室內植物冠層上方約 10cm處對 O3濃度進行實時的監(jiān)測并記錄。

29圖 4.1 7 月份 O3濃度增加和干旱對葉片中葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、總可溶性糖和淀粉的影響Fig. 4.1 Effect of elevated O3and drought on glucose, fructose, sucrose, polysaccharide, total solublesugar and starch in leaves of Poplar saplings at July
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