【摘要】：河竹(Phyllostachys rivalis H.R.Zhao)主要分布于福建、浙江等地,在長期淹水環(huán)境中能自然更新生長。其地下鞭根系統(tǒng)的不斷延伸和筍芽的時(shí)序萌發(fā),形成大面積竹林,是水濕地和旱澇交替的自然環(huán)境中植物恢復(fù)和水體凈化的理想材料。但目前對該竹種淹水環(huán)境的生理生態(tài)學(xué)機(jī)制研究較為薄弱。開展淹水生境條件下,河竹生理生態(tài)適應(yīng)機(jī)制研究,探討其作為污染水體植物修復(fù)材料的可能性,具有重要的科學(xué)價(jià)值和實(shí)踐意義。本論文在摸清河竹生物學(xué)特性的基礎(chǔ)上,分析河竹在淹水環(huán)境下的生理生態(tài)響應(yīng)特征,及對重金屬鎘(Cd)和鉛(Pb)的耐受與積累能力等,以揭示河竹忍耐水淹的生理生態(tài)響應(yīng)機(jī)制,評估其在重金屬污染漬水土地植物修復(fù)中的潛力。主要研究結(jié)果如下:1.河竹生物學(xué)特性河竹高0.8~4 m,地徑0.4~2cm,2分枝,分枝開展,出筍期集中在5月上旬至5月下旬。屬復(fù)軸型混生竹種,鞭根極為發(fā)達(dá),鞭段較短,出筍能力強(qiáng),種群擴(kuò)張速度快。竹鞭韌皮部密生一圈肉眼可見的氣孔。淹水深度5、10、50和100 cm時(shí),持續(xù)淹水360d時(shí),成活率分別為83.33%、78.89%、60.00%和0。2.淹水環(huán)境下河竹葉片光合生理響應(yīng)特征雖然淹水對河竹葉片光能的捕獲、傳遞與利用能力均有一定程度的影響,但河竹能維持較高的表觀光合電子傳遞速率(ETR)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)和光化學(xué)反應(yīng)能量(P),加強(qiáng)非光化學(xué)猝滅系數(shù)(qN)來調(diào)整自身能量代謝,以熱耗散方式散失過多的光能,有效地避免或減弱光抑制和光氧化,河竹吸收光強(qiáng)主要用于天線色素耗散(D),淹水后期PSⅡ反應(yīng)中心的非光化學(xué)反應(yīng)耗散(E)的恢復(fù)起著重要作用,體現(xiàn)淹水生境下河竹過剩光能的耗散特征和自我保護(hù)機(jī)制。淹水5cm條件下河竹葉片的光能轉(zhuǎn)化效率、對光輻射的利用范圍和對光變化的適應(yīng)能力均高于淹水10cm處理。3.淹水環(huán)境下河竹葉片和根系生理生化響應(yīng)特征淹水對河竹葉片和根系抗氧化酶系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和內(nèi)源激素含量等均有影響。淹水5cm時(shí),超氧化物歧化酶(SOD)活性變化不顯著,而淹水10cm時(shí)SOD活性顯著下降。河竹葉片和根系過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性在處理前期(30和90d)上升,但隨著脅迫時(shí)間的進(jìn)一步延長逐漸降低。淹水5 cm處理下根系和葉片可溶性蛋白和淀粉等含量升高,而淹水10 cm處理下相反。隨著淹水時(shí)間的延長,葉片生長素(IAA)含量有所下降,而玉米核苷(ZR)、赤霉素(GA)含量總體上下降,根系中脫落酸(ABA)含量顯著提高。不同淹水深度處理的河竹葉片和根系相對膜透性和丙二醛(MDA)含量均高于對照,且存在明顯的水位效應(yīng),淹水水位越高,葉片和根系膜脂過氧程度越嚴(yán)重。4.淹水環(huán)境下河竹的營養(yǎng)元素分配特征淹水深度和時(shí)間顯著影響河竹器官碳(C)含量,隨著淹水時(shí)間的延長,葉、枝和根C含量先上升后下降。處理時(shí)間、處理水平對河竹器官氮(N)、磷(P)、鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)和鎂(Mg)含量存在顯著的互作效應(yīng)。處理90 d時(shí),河竹葉片N、P、Ca、Fe和Mg含量均顯著提高,而根的N、P含量則顯著下降,淹水180 d和360 d時(shí),除根部的K、Fe和Mg含量提高外,其它器官中各元素均顯著下降。水位深度對元素之間的關(guān)系產(chǎn)生明顯作用,淹水5 cm條件下葉片的C-K、N-K、P-K、Fe-Ca和Fe-Mg的相關(guān)系數(shù)升高,元素間協(xié)同性增強(qiáng),而在淹水10 cm條件下元素間的協(xié)同性減弱。淹水環(huán)境下河竹葉片C/N、C/P顯著增大,而N/P變化不顯著。5.淹水環(huán)境下河竹對重金屬Cd和Pb的生理生化響應(yīng)隨著水體Cd和Pb濃度的提高,河竹葉片Pn值先增大后減小,最大凈光合速率(Pmax)、表觀量子效率(AQY)、光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)、光飽和點(diǎn)(LSP)、表觀CO2利用效率(CUE)和表觀光能利用效率(LUE)均減小。低濃度Cd(0.5 mg·L-1)和Pb(150、300 mg·L-1)處理下,河竹葉片葉綠素含量變化不顯著,高濃度Cd(30 mg·L-1)和Pb(1500 mg·L-1)降低河竹葉片光合色素含量,但河竹能夠調(diào)節(jié)Chla和Chlb的相對含量來確保足夠的反應(yīng)中心色素。低濃度Cd(0.5mg·L-1)和Pb(150、300 mg·L-1)處理下,河竹葉片抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性均上升,而高濃度Cd和Pb處理下河竹葉片MDA含量成倍增多�？傮w上,淹水環(huán)境下Cd和Pb對河竹植株器官中N、P和K含量影響略有不同。低濃度Cd處理能有效促進(jìn)河竹根和枝中N、P和K的含量,竹鞭的N和P含量變化不明顯,而K含量下降;高濃度Cd處理,N、P和K的含量下降。在Pb處理下,河竹各器官的N、P和K含量總體上均呈上升趨勢。6.重金屬Cd和Pb在河竹器官的積累河竹各器官中Cd和Pb含量均隨著處理濃度的升高而逐漸增大,河竹積累的Cd和Pb主要集中在竹根和鞭中。葉片和根系中Cd和Pb在亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的位置不同,Cd大部分存在于細(xì)胞壁,其次是可溶性固性物,少量分布在細(xì)胞器中。而Pb則大部分存在于可溶性固形物,其次在細(xì)胞壁,少量在細(xì)胞器中。綜上,河竹在淹水環(huán)境中能維持正常生長,并且能自然更新,具有較強(qiáng)的耐水淹能力,能夠長期耐受50cm深度的水淹。河竹可通過調(diào)節(jié)內(nèi)源激素含量,有助于滲透物質(zhì)的積累,調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透能力,緩解超氧自由基積累造成的膜脂過氧化傷害,提高河竹對淹水環(huán)境的適應(yīng)能力。淹水對河竹根系礦質(zhì)元素吸收有負(fù)面影響,但能促進(jìn)養(yǎng)分向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn),以維持碳同化能力和元素內(nèi)穩(wěn)性,這可能是河竹適應(yīng)持續(xù)淹水脅迫的重要機(jī)制。在淹水環(huán)境下河竹葉片對Cd和Pb脅迫能夠維持較高光合能力,對于低濃度重金屬環(huán)境,能通過相對穩(wěn)定抗氧化酶活性,降低活性氧含量,減少膜脂過氧化程度,保護(hù)膜脂免受Cd和Pb的氧化傷害。因此河竹具有水濕地和消落帶植物恢復(fù)和水體凈化的潛力。
【學(xué)位授予單位】：中國林業(yè)科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：S795

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本文編號：2562628