柳枝稷论文黄土高原引种柳枝稷的生态适应性研究.docx
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柳枝稷论文黄土高原引种柳枝稷的生态适应性研究
柳枝稷论文:
黄土高原引种柳枝稷的生态适应性研究
【中文摘要】本研究以10种不同基因型与生态型的柳枝稷品种(Alamo、Blackwell、Cave-in-Rock、Dakota、Forestberg、IllinoisUSA、Kanlow、Nebraska28、Pathfinder和Sunburst)为受试材料,分别引种到黄土高原地区(陕西杨凌、陕西定边、宁夏固原),采用小区栽培试验和室内实验分析的方法,针对柳枝稷存活及生长情况、生理生态特征和形态学特征来鉴定柳枝稷的生态适应性。
柳枝稷的存活情况在每年春天返青季节观测,主要观察每个品种是否顺利越冬;株高与地上部生物量于每个生长季节后期测定,通过烘干获得干物质量;柳枝稷光合速率、蒸腾速率以及水分利用效率的日变化通过LI-6400便携式光合仪测得,分析柳枝稷生物量积累及其在干旱地区生存、生长的内在机制;通过扫描式电子显微镜电镜(SEM)观察柳枝稷(根、茎和叶)的形态学特征,为柳枝稷引种、生理生态的进一步研究提供科学依据。
低地品种Alamo和Kanlow可能成为杨凌示范区种植的优选品种,主要是由于品种能在杨凌稳定建立种群并生长,获得较高地上部生物量,Alamo地上部干物质年生产量高达44.22t/ha。
然而,Alamo与Kanlow在固原与定边不能忍受冻害而未存活。
IllinoisUSA和Cave-in-Rock在固原生长五年后分别获得年地上部干物质重量10.59t/ha和9.36t/ha。
Cave-in-Rock在定边的生长情况与固原相似,其产量为存活品种中最高。
Cave-in-Rock和Nebraska28光合速率较高,可能说明了这两品种积累较多有机物质的内在机制。
品种间光合速率在一天当中的14:
00点左右差异明显,大小依次为Cave-in-Rock>Blackwell>Sunburst>Forestberg>Pathfinder>Nebraska28>Dakota。
蒸腾速率的峰值中Cave-in-Rock和Blackwell的值较大,Nebraska和Dakota的较小;蒸腾速率在14:
00点左右达到最大峰值,较大的蒸腾速率品种为Cave-in-Rock和Blackwell,最小的为Nebraska28和Dakota,此时,受试品种间蒸腾速率差异达极显著水平(PBlackwell>Sunburst>Forestberg>Pathfinder>Dakota>Nebraska28。
Nebraska28和Pathfinder表现出较强的抗旱能力,主要原因是这两个品种的水分利用效率(WUE)较高。
Dakota在三个地区的生长情况较差,且属早熟品种,地上部生物量积累较少。
优化牧草刈割制度对柳枝稷的地上部生物量影响较大,IllinoisUSA刈割后地上部生物量比对照增产61.7%,而Sunburst、Forestberg和Pathfinder两处理(刈割与非刈割)之间差异不明显。
柳枝稷组织中硅细胞、液泡大小、叶片表皮毛以及其他特征的观测结果表明Cave-in-Rock和Pathfinder叶片的气孔面积最大,分别达到824.4μm2和770.1μm2。
Pathfinder硅细胞长度最长,而Cave-in-Rock的硅细胞长度最短;Forestberg叶片硅细胞密度最大,而最小的硅细胞密度最低的为Cave-in-Rock和Pathfinder。
植物茎秆及叶片中硅细胞多少与其坚韧程度相关;液泡的大小和植物的保水能力是植物减缓干旱胁迫的有效途径;柳枝稷叶片的表皮毛在电镜中可观察到(杨凌栽培的Blackwell和Cave-in-Rock与固原Dakota尤为明显),表皮毛的存在是柳枝稷自身在适应环境变化过程中形成的,对植物体水分蒸腾过程也起到抑制作用。
固原四个供试柳枝稷品种(Nebraska28、Pathfinder、Forestberg和Dakota)对生菜化感作用最强的为Nebraska28,八倍体的Pathfinder对生菜的化感抑制作用最弱,而同为四倍体的Forestberg和Dakota抑制作用较强,且具有相似化感潜势。
Forestberg、Nebraska28、Dakota地上部蒸馏水浸提液对生菜的抑制作用均强于根系,而Pathfinder根系化感抑制作用强于地上部,品种间存在差异;柳枝稷甲醇浸提液对生菜的化感抑制作用较明显,与蒸馏水浸提液差异显著;高浓度对胚根的化感作用强于其它两个指标,而低浓度处理下,生菜胚芽的化感响应较为敏感。
柳枝稷的形态学特征可能与其染色体倍性和适应干旱环境的生理机制有关,因此柳枝稷品种的生态型及本身特性是引种成功与否的关键,在种植地区,低地品种Alamo与Kanlow、中地品种IllinoisUSA、Cave-in-Rock、高地品种Nebraska等品种可在杨凌种植;而在固原地区,Cave-in-Rock、IllinoisUSA可能是优选品种;自然环境条件与固原相似的定边地区,Cave-in-Rock、Forestberg、IllinoisUSA和Pathfinder应为首选品种。
【英文摘要】Inthestudy,tencultivarsofswitchgrass(PanicumvirgatumL.)(Alamo、Blackwell、Cave-in-Rock、Dakota、Forestberg、IllinoisUSA、Kanlow、Nebraska28、PathfinderandSunburst)wereselectedasthetestmaterials.Thefieldtestandlaboratoryanalysisofcultivationmethodswereconducted,andthegrowthtraits,survivalrateandecologicalcharacterswereobservedtoindentifytheirecologicaladaptation.Exceptionally,photosynthesisandmorphologycharacteristicsofseveralcultivarsofswitchgrasshavebeenassessedtheyieldpotentialandadaptabilityindiverseenvironmentsontheLoessPlateauofChina(Yangling,DingbianofShaanxiProvince,andGuyuanofNingxia).Thesurvivalratewasobservedinthesecondspringandidentifiedwhichweretheoptimalcultivarstoundergothecoldstresssuccessfully.Theheightandbiomassyieldhadbeenmeasuredinthelatergrowthperiod,thendriedandmeasuredthedrymater.Thefullyopenleaveswereselected,whileswitchgrasswasinbloom,tosurveyphotosynthesisrate(Pn)andtranspirationrate(Tr)at9:
00,10:
00,12:
00,14:
00,16:
00,18:
00and20:
00respectively,usingaLicorLI-6400instrument.Theinternalmechanismofthebiomassaccumulationanddroughttolerancewereanalyzedthroughtheindicatorsmentionedabove.Silicaparticles,vacuolesizeandothertraitsinswitchgrasstissues(stem,leafandroot),aswellastrichomes(leaf)wereobservedbytheScanningElectronMicroscope(SEM),whichshouldprovidetheproofsofthefurtherresearchesofswitchgrassonthephysiologicalecology.TheresultsindicatedthatAlamoandKanlowwerethebestadaptedswitchgrasscultivarforbiomassproductioninYanglingwithaerialpartsdrymatter(DM)yieldsof44.22t/haperyearduetoiteasilyestablishedandwellgrown;thelowlandcultivarsAlamoandKanlowhadnotsurvived,probablyowningtotheirsensitivitytothecoldstressinGuyuanandDingbian.IllinoisUSAandCave-in-RockgrownatGuyuanhadaerialpartsDMyieldof10.59t/haand9.36t/ha,respectively.Similarly,Cave-in-RockinDingbianperformedbetterthanothersexceptthelowlandcultivars(AlamoandKanlow),whichcouldnotovercomecoldstressatGuyuanandDingbian.Moreover,Cave-in-RockandNebraska28hasthehighestphotosynthesisratewhichreflectsitshighproductivity.At14:
00,wasthetime-pointofmostsignificantdifferenceamongdifferentcultivarsinthephotosynthesisrate,whichdisplayedthepatternofCave-in-Rock>Blackwell>Sunburst>Forestberg>Pathfinder>Nebraska28>Dakota.MaximumtranspirationpeakappearedinCave-in-RockandBlackwell,whiletheminimumwasobservedinNebraska28andDakota.Therateexhibitedthemostsignificantdifferenceat14:
00,followingCave-in-Rock>Blackwell>Sunburst>Forestberg>Pathfinder>Dakota>Nebraska28.Inaddition,Nebraska28andPathfinderhadshownstrongerdroughttoleranceduetotheirhigherWUE.Dakotashowedit’smostweakadaptabilityintheLoessPlateauareas;itsproductivitywasthelowestamongthecultivars.Optimalmownmanagementseemstoenhancethegrowthandproductivityofswitchgrass,theaerialpartsbiomassyieldofIllinoisUSAmownhadincreased61.7%thanthecontrol(notmown),andtherewasnosignificantdifferencebetweenthetwotreatments(mownandnotmown)thecv.Sunburst,ForestbergandPathfinder.Morphologicalcharacteristicswerefurtherstudiedusinglight-andscanningelectronmicroscopy(SEM).Silicaparticles,vacuolesizeandothertraitsinswitchgrasstissues(stem,leafandroot),aswellastrichomes(leaf)wereobservedandshowedthatCave-in-RockandPathfinderhadlargerstomaarea,upto824.4μm2and770.1μm2,respectively.SilicaparticlelengthwasthelongestinPathfinderandshortestinCave-in-Rock.Therewasahighestdensityofsilicaparticlesincv.Forestberg,andlowestinCave-in-RockandPathfinder.Silicaparticleinplantstemsandleaveswasassociatedwithdegreeoftenacity;vacuolesizeandwatercapacityoftheplantisaneffectivewaytoovercomedroughtstress;switchgrassleaftrichomeswerevisibleclearlythroughSEM(especiallyintheleavesofBlackwellandCave-in-Rock,andDakotainGuyuan),thetrichomesformedintheprocessofadaptingtheenvironmentandhadplayanimportantroleontranspirationprocess.ThefourvarietiesofswitchgrassPathfinder,Forestberg,Nebraska28andDakotawereinvestigatedintheexperiment.TheresultsindicatedthatNebraska28hadthestrongestallelopathywhilePathfindershowntheweakestallelopathy.TheallelopathyofPathfinderrootwashigherthanthatofaerialpartwhichwasdifferentfromothers.Theallelopathiceffectsofmethanolextractswerehigherthanthatofaqueousextractindilutedtreatments.TheradiclelengthofLettucewasshownsignificantinfluenceathighconcentrationwhilethecoleoptilelengthwasdisplayedasignificantinfluenceatlowerconcentration.Themorphologicalcharactersseemedtobeassociatedwiththeirploidylevelsandthearidhabitatfromwhichtheywereselected.Therefore,ifswitchgrassistobeintroducedandextendedontheLoessPlateauofChina,LowlandcultivarsAlamoandKanlow,intermediatecultivarIllinoisUSA、Cave-in-RockwouldbetheoptimalchoicesincultivatinginYangling,andCave-in-Rock、IllinoisUSAmaybethegoodcultivarsgrowninGuyuan;Cave-in-Rock、IllinoisUSA、ForestbergandPathfinderexhibitedbetterthanothers,andtheoptimalchoiceseemtobethem.
【关键词】柳枝稷黄土高原地上部生物量光合作用形态学特征化学生态适应性
【英文关键词】SwitchgrasstheLoessPlateaubiomassyieldofaerialpartsphotosynthesismorphologycharactersChemicalecologicaladaptability
【目录】黄土高原引种柳枝稷的生态适应性研究摘要5-7ABSTRACT7-8第一章文献综述12-191.1柳枝稷及其生物学特征121.2柳枝稷主要功能121.3生态适应性12-141.4国内外研究进展14-171.4.1国内研究进展141.4.2国外研究进展14-171.4.2.1优质牧草14-151.4.2.2生物质能源15-161.4.2.3柳枝稷的生态适应性161.4.2.4柳枝稷的肥料管理16-171.5研究目的和意义17-19第二章不同品种柳枝稷存活适应性研究19-222.1引言192.2材料和方法19-202.2.1试验材料192.2.2研究区概况19-202.2.3实验步骤与方法202.3结果分析20-212.4讨论212.5小结21-22第三章不同品种柳枝稷地上部生长差异研究22-323.1引言223.2材料和方法22-233.2.1试验材料223.2.2实验方法22-233.2.3数据处理233.3结果与分析23-313.3.1杨凌栽培的柳枝稷株高及生物学产量23-263.3.1.1杨凌种植4年柳枝稷23-243.3.1.2杨凌种植5年后柳枝稷24-263.3.1.3结论与讨论263.3.2固原栽培的柳枝稷株高及生物学产量26-293.3.2.1固原种植2年柳枝稷263.3.2.2固原种植4年后柳枝稷26-273.3.2.3固原种植5年后柳枝稷27-283.3.2.4秋后刈割对柳枝稷生长影响的初步探讨28-293.3.3定边栽培的柳枝稷株高及生物学产量29-313.3.3.1定边生长1年后柳枝稷29-303.3.3.2定边生长2年后柳枝稷30-313.4小结31-32第四章不同品种柳枝稷光合作用和细胞生态学研究32-404.1引言324.2材料和方法32-334.2.1试验材料324.2.2试验步骤与方法324.2.2.1柳枝稷光合效率324.2.2.2柳枝稷细胞显微结构324.2.3数据处理32-334.3结果与分析33-394.3.1柳枝稷光合作用33-354.3.2柳枝稷叶片细胞形态学结构35-364.3.3柳枝稷叶片的电镜观察36-394.3.3.1杨凌栽培柳枝稷叶片电镜观察36-384.3.3.2固原栽培的柳枝稷叶片电镜观察38-394.4小结39-40第五章柳枝稷化学生态适应性研究40-485.1引言405.2试验材料405.3测定项目及方法40-415.3.1样品制备405.3.2种子表面消毒405.3.3蒸馏水浸提液及甲醇浸提液的制备405.3.4生物测定试验40-415.3.5数据处理415.4结果与分析41-465.4.1柳枝稷蒸馏水浸提液对生菜的化感效应41-425.4.2柳枝稷甲醇浸提液对生菜的化感效应42-445.4.3柳枝稷全株蒸馏水浸提液对生菜综合化感效应445.4.4柳枝稷根系及地上部的化感作用强度初步鉴定44-455.4.5柳枝稷蒸馏水、甲醇浸提液化感作用差异性表达45-465.4.6三项生测指标对柳枝稷蒸馏水浸提液化感响应比较465.5小结46-48第六章结论48-50参考文献50-56致谢56-57作者简介57
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