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DHAP气候变暖为主要特征的全球变化

来源:www.timetimetime.net 时间:2019-11-17 编辑:生活故事

1.1研究的目的和意义

政府间气候变化专门委员会(气专委)第四次评估报告指出,以气候变暖为特征的全球变化已成为不争的事实,[1]。在过去的100年里(1906-2005年),全球平均地表温度增加了0.74±0.18℃,[2,3],升温速度比20世纪90年代以来明显加快。大多数气候模型预测,未来100年全球气温将上升1.1~6.4℃,[4]。[5]中国西北干旱地区生态环境脆弱,易受全球气候变化的影响。以往的研究表明,我国西北地区出现了由暖干向暖湿转变的强烈信号,新疆在整个西北地区[6-11中最为突出。新疆是中国面积最大的省份,位于中国西北边境,自然条件独特,但其气候和生态环境也发生了重大变化,[12]。近40年(1961-2010年),新疆年平均气温呈显着上升趋势,趋势率为0.33℃/10a,与全球和全国气温变化趋势[13]基本一致。现有的天山气候变化研究成果指出,天山整体气候正在向温暖湿润转变。气温和降水量逐年增加。冰川正在融化和缩小。湖泊和河流的水位正在上升。洪涝灾害越来越多。沙尘暴的频率正在下降,这对[的水资源和生态环境产生了重大影响5,14,15]。气候持续变暖还将在不同的空间和时间尺度上影响陆地植被,特别是对森林生态系统,[16,17]。

Picea schrenkiana Fisch.et Mey .)属于云杉属,是中亚和中亚山区的特有植物。它是天山最重要的带状森林群落建筑物种,主要分布在天山南北坡和昆仑山西北坡。天山云杉林面积为528,400 hm2,占新疆山区天然林面积的50%,蓄积量为1230万m3,占新疆山区森林蓄积量的61.3%。天山山区以云杉林为主体的森林生态系统在新疆绿洲[的水土保持和生态系统健康维护中发挥着不可或缺的重要作用。然而,随着长期的非火灾干扰和人类活动对森林生态系统干扰强度的加大以及对林产品需求的增加,云杉的自然更新越来越突出,这已成为林业工作者长期困惑的一个主要问题。自20世纪50年代以来,学者们对云杉的自然更新进行了研究,包括种子活力、森林采伐方法、林分结构、水分、养分和林下光照。然而,很难从研究结果和结果中解决根本问题。最近的研究发现,自毒性可能是[云杉天然再生能力差或再生障碍的关键。

植物(或微生物)相互抑制或促进的生物化学被称为化感作用[20]。当供体植物(或微生物)和受体植物(或微生物)属于同一物种时,这种生物化学被称为自毒[21]。因此,自毒是一种特殊的化感作用。人们已经认识到这一现象很长时间了,但是直到过去20年才从科学的角度证实了自毒效应。植物(或微生物)通过分泌和释放一些称为自毒物质的植物次生代谢物到环境中来实现自毒。[22]。植物中的自毒物质可以通过挥发、沥滤和残渣分解等方式从植物释放到环境中,并以不同方式影响它们的生长[23,24]。在森林生态系统中,云杉潜在的自毒物质主要通过降雨或融雪释放到环境中。凋落物水溶性化感物质抑制了地表凋落物中云杉种子萌发和幼苗生长,从而影响了[云杉的自然再生和恢复。目前,研究已证明施氏云杉凋落物的主要物质3,4-二羟基苯乙酮(DHAP)具有化感潜力[26],并验证了DHAP的化感自毒作用。

化感物质作为一种胁迫因子,通常通过干扰植物生长调节系统和初级代谢过程来影响植物的生长发育。内源植物激素可以诱导植物产生各种不同的效果。它可以通过增加(或减少)营养物来调节营养物并控制生长和发育过程[27]。化感物质可以通过诱导受体植物内源激素水平的变化来影响细胞的正常生长和发育,从而干扰植物之间的竞争关系[28]。因此,如果DHAP是云杉潜在的自毒物质,DHAP如何通过生理过程和途径影响云杉的生长发育,这个问题值得进一步研究。

本研究基于“云杉天然再生障碍自毒温度效应假说”,以全球气候变暖为背景,在已知抑制云杉生长的潜在自毒活性物质DHAP的基础上,利用人工气候培养箱模拟生长季节温度,选择云杉自毒物质DHAP作为培养液,检测温度变化背景。摘要:讨论了DHAP对天山云杉种子萌发和幼苗生长阶段的自毒效应,生长阶段内源植物激素含量的动态变化规律,以及DHAP影响天山云杉再生过程的生理过程和途径。

1.2国内外研究进展

1.2.1温度对植物生长发育的影响

在自然环境中,植物的生长发育受多种环境因素的调节,种子萌发和幼苗生长受温度、光照、水分等生态因素的综合影响。由于外部环境的不断变化,植物需要采用不同的生长策略来适应外部环境的变化,并进一步提高其生存能力。温度是调节植物生长发育的重要环境因素之一。一般来说,环境温度通过改变植物的根温来影响植物的生长和发育。当地温变化1℃时,植物的生长和养分吸收将明显改变[29]。过高或过低的温度都会影响植物的生长。如果温度太低,植物酶的活化或催化将被抑制。过高的温度会破坏植物的酶结构或使酶失活,并抑制种子和幼苗的正常生理代谢[30]。适当的变暖促进植物的生长[31,32],但是过度变暖将导致土壤干旱的增加,并抑制幼苗的生长[33]。张志钦等人(2007年)表明,当当种子的最佳萌发温度为15-20℃,高于25℃时党参种子的萌发受到显着抑制。党参种子的发芽率和发芽势在30℃以上急剧下降。吴志江等人(2013)研究了温度对党参种子萌发和幼苗生长的影响。var。modela (Nannf。)沈立泰。结果表明,25℃的种子发芽率高,发芽时间短,发芽整齐,幼苗活力强。环境温度过低,种子萌发过程持续时间长,发芽率低,幼苗生长受到抑制,单株鲜重小[35]。杜耀东等人(2010)发现,低温胁迫会降低番茄的发芽势、发芽指数和发芽率。)种子,温度越低,[效应越大。许文江等人(2013年)表明,随着温度和土壤含水量的降低,玉米种子的发芽势和发芽率呈下降趋势。当环境温度降至15℃时,玉米种子不能正常发芽,发芽率迅速下降。[37]。

1.2.2通过温度

植物激素(Temperature

植物激素代谢受许多环境因素影响,包括温度[51]。温度作为影响植物生长的重要因素之一,经常影响植物的生长和死亡。植物通过各种植物激素的相互调节,将各种激素保持在适当的浓度范围[39]3,并调节植物的生理功能和生长节律,以适应外部环境条件的变化。植物在生长过程中通过不同的激素对压力做出反应。高温胁迫会改变植物内源激素的含量,打破内源激素之间的平衡水平,影响激素在植物细胞中的分布,从而影响植物的生长发育过程[52]。张鹏等人(2009年)讨论了温度对水曲柳种子萌发过程中物质转化和内源激素含量的影响。结果表明,较高温度(25℃,与适宜温度发芽相比)下,胚乳和种子胚内源脱落酸含量增加,种子胚内源ZT和GA3含量降低,种子胚内源激素ZT/脱落酸、GA3/脱落酸、IAA/脱落酸比值降低。低温胁迫下,植物内源激素的变化与植物的抗寒性密切相关。刘高琼等人(1997)发现低温诱导增加了大蒜试管苗内源激素IAA、ABA和GA的含量,降低了促生长激素和生长抑制激素的比例,从而提高了对低温胁迫的适应性[54]。俞先昌等(1999)研究低温胁迫下嫁接和自根黄瓜幼苗内源激素的变化,证实较高的脱落酸含量、较低的GA1 3含量和较高的脱落酸/GA1 3比值是黄瓜嫁接苗抗寒[55的内在原因。王立平等人(2008)研究了低温弱光胁迫下UUM辣椒内源激素的含量。发现内源激素的含量非常小,对外部环境条件的变化极其敏感。辣椒叶片内源激素IAA和GA3的相对含量随着处理温度的降低而降低,而脱落酸的相对含量随着处理温度的降低而增加,[56]。倪夏军等人(2013年)研究了温度对不同秋眠苜蓿(紫花苜蓿)光敏色素和内源激素的影响。发现低温(6℃)和高温(30℃)降低了[57叶片内源生长激素IAA、ZR和GA3的含量。任华忠和黄伟(2002)发现,番茄在低温胁迫下,脱落酸含量增加,吲哚乙酸含量减少,但赤霉素含量根据品种[58的不同有两种不同的变化。

1.2.3森林生态系统中的自毒

化感作用现象是植物之间传递信息的一种方式,这种现象在森林生态系统中普遍存在,对森林群落的功能、结构、发展和效益有重大影响。这也是一个不可忽视的化学生态因素,[59,60]。一种特殊的化感作用是自毒作用。一般来说,化感作用是一种生物化学效应,植物通过分泌和释放某些被称为化感物质的次生代谢物到环境中来影响邻近植物的生长和发育。当化感物质的供体和受体是同一种植物时,称为自毒或自毒,即自毒[21] 2。因此,自毒是指同一植物之间发生的化感作用。

森林再生是森林生态系统资源再生的自然生物过程,在生态过程中起着重要作用。因此,森林再生问题一直是研究者[关注的主要领域之一。过去,在研究森林更新失败时,主要考虑种子萌发和幼苗生长的条件,如光、水和养分。自20世纪70年代以来,一些学者认为森林再生的失败与被称为化感物质的植物的一些次生代谢物有关,甚至可能是影响森林再生成败的关键因素[62,63]。编码器沃内尔(1999)的研究表明,有100多种具有潜在化感作用的物种,如12种针叶树(松树)。),5种云杉(云杉属)。),冷杉4种。)[64]。费希尔(1980)的研究和分析认为,森林自然再生失败的常见原因是自毒[65]。佩里塞尔索托(1999)发现,至少50%的森林生态系统植物化感作用文献与自然再生障碍有关,其中大部分与[针叶林有关。来自世界各地的研究人员进一步证实,自毒性是导致天然森林再生障碍的重要因素之一,[67-69]。

随着植物化学生态学的发展和化感作用研究的深入,人们从微观层面了解到化感作用也可以影响森林的自然更新。陈龙池和王斯隆(2003)研究了杉木树种,发现杉木根系分泌物会影响其种子萌发和幼苗生长。杉木根提取物经杉木处理6年后,发现各器官生物量均有不同程度的下降,抑制作用随处理液浓度的增加而增强。研究还发现,第一代和第二代纯杉木林的根系分泌物能抑制幼苗的鲜重、胚根和胚的生长,破坏幼苗的正常生长发育过程[70】。在森林更新研究中,除了树种杉木外,曹秋光等人(2005)还发现马尾松叶和根的水提取物。通过分析鉴定,发现棕榈酸、α-杜松醇、苯甲醛等主要自毒物质[71]。研究人员还发现,像油松这样的树种。)、茶树、刺五加、红松和侧柏也有自毒作用,[72-75]。

1.2.4植物内源激素的化感作用

植物可以快速响应外部环境的变化,通过代谢途径和形态上必要的变化来协调它们的生长和发育过程,以适应它们生长的环境,从而确保植物的生长和发育[76]。化感物质作为一种胁迫因子,通过环境介质作用于植物,改变和打破植物内源激素的平衡,从而影响植物的正常生长,达到抑制(或促进)植物生长发育的目的,表现出化感作用[77,78]。化感物质主要抑制和促进植物内源激素水平,对不同激素代谢有不同的影响[79]。Brunn等人(1992年)报告说,某些类黄酮化感物质可以干扰生长素水平并抑制生长素的传递,最终导致向性和侧根的干扰,[80]。目前,关于化感物质对植物内源激素代谢影响的研究主要集中在酚酸上。赵福庚等人(2004)表明,绿原酸、阿魏酸和咖啡酸等化感物质可以抑制吲哚乙酸的降解,提高吲哚乙酸的水平并诱导生长,而对羟基苯甲酸、香豆酸和丁香酸等化感物质可以刺激吲哚乙酸氧化酶活性,从而阻止吲哚乙酸和赤霉素诱导植物生长[81]。一些研究证实,某些化感物质可以降低受体植物中赤霉素和生长素的水平,从而抑制受体植物的生长。托马斯泽维斯基等人(1996)发现化感物质可以抑制受体植物中赤霉素和生长素的水平,从而抑制受体植物的生长[82]。杜英军和金月华(1999)研究了大豆根系分泌物和组织水提取物对下茬幼苗生长的影响。他们认为固有的化感物质可能会干扰植物中GA3和IAA的正常代谢,从而影响根和茎的生长[83]。水稻的主要化感物质是酚酸,酚酸能提高稗草吲哚乙酸氧化酶的活性。)博夫,降低吲哚乙酸的水平,破坏受体植物的生长调节系统,抑制细胞分裂和生长,从而抑制幼苗的生长[84]。刘秀坟和胡晓军(2001)指出,2.5毫摩尔/升阿魏酸导致小麦幼苗中赤霉素、生长素和细胞分裂素大量积累,并导致脱落酸含量增加[85]。Holappa Blum (1991)也报道了阿魏酸对黄瓜和番茄植株内源激素水平的影响,[86]。近年来,化感作用的生理过程和途径越来越受到研究者的关注。更多的研究表明,化感物质可以诱导植物内源激素脱落酸、玉米素、吲哚乙酸和赤霉素的变化,以适应外部生长环境的变化。

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