极端干旱条件下策勒绿洲引种植物水分生理特征研究

干旱区地理 ›› 2013, Vol. 36 ›› Issue (3): 457-466.

极端干旱条件下策勒绿洲引种植物水分生理特征研究

彭守兰^1，2，3，曾凡江^1，3，刘波^1，2，3，张利刚^1，2，3，罗维成^1，2，3，宋聪^1，2，3，Stefan K.Arndt⁴，彭慧清⁵

（1 中国科学院新疆生态与地理研究所，新疆乌鲁木齐 830011； 2 中国科学院大学，北京 100049；3 新疆策勒荒漠草地生态系统国家野外科学观测试验站，新疆策勒 848300； 4 澳大利亚墨尔本大学森林与生态系统科学系，澳大利亚 Creswick 3363； 5 塔里木油田矿区综合服务中心，新疆库尔勒 841000）

收稿日期:2012-09-12 修回日期:2012-12-03 出版日期:2013-05-25
通讯作者: 曾凡江，男，博士，研究员，Email：zengfj@ms.xjb.ac.cn
作者简介:彭守兰（1988-），女，新疆阿克苏人，硕士在读，研究方向为水土保持与荒漠化防治. Email:pengshoulan@sina.com
基金资助:
国家科技支撑计划项目（2009BAC54B01）

Water physiological characteristics of introduced plants under extreme drought conditions in Cele Oasis

PENG Shou-lan^1，2，3，ZENG Fan-jiang^1，2，LIU Bo^1，2，3，ZHANG Li-gang^1，2，3，LUO Wei-cheng^1，2，3，SONG Cong^1，2，3，Stefan K. Arndt⁴，PENG Hui-qing⁵

（1 Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, Xinjiang, China; 2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Cele National Station of Observation and Research for Desert-Grassland Ecosystem in Xinjiang, Cele 848300, Xinjiang, China; 4 School of Forest and Ecosystem Science, University of Melbourne, Water Street, 3363, Creswick, VIC, Australia;5 Tarim Oilfield mine Integrated Services Centre, Korla 841000, Xinjiang, China）

Received:2012-09-12 Revised:2012-12-03 Online:2013-05-25

摘要/Abstract

摘要： 在塔克拉玛干沙漠南缘的中国科学院策勒沙漠研究站植物引种筛选实验区内，以3 a生文冠果、花棒和紫叶小檗为实验材料，研究三种植物经历持续干旱到短期复水过程中的生理生态响应。结果表明：（1）干旱复水后花棒和紫叶小檗的chla、chlb、叶绿素总量以及chla/b值均随土壤含水量的增加而显著增加，文冠果的叶绿素及其组分含量减少。水分变化对chla含量影响较大。（2）三种植物的MDA含量、SS含量在复水后并没有减少，而是显著的增加，文冠果的增加量最大；各物种的脯氨酸的含量降低，紫叶小糪减少的最多。（3）三种植物的清晨水势和正午水势随土壤水分含量的增加而降低，花棒和紫叶小檗的水势变化较小，水分亏缺迹象不显著。文冠果和花棒的抗逆性较强，而紫叶小檗对水分变化比较敏感。本研究结果可为研究区引种植物的适应性及防护林建设中的植物种选择提供理论参考。

关键词: 干旱复水, 生理生化指标, 水势, 塔克拉玛干沙漠

Abstract: The southern edge of the Taklimakan Desert is one of the most serious desertification areas in China. Natural vegetation type is scarce in desert-oasis transition zone，and [Alhagi sparsifolia，][Tamarix ramosissima] and [Karelinia caspica] are the main constructive species and dominant plants. Therefore, it is necessary to introduce some new species which have strong drought resistance, high water use efficiency and high economic values. Three kinds of three-year-old sand fixing plants，Xanthoceras sorbifolia（X） Bunge，[Hedysarum scoparium] Fisch.et Mey（H），and [Berberis thunbergii] cv. Atropurpurea（B） were taken as the experimental materials in this experiment, their physio-ecological responses in the period from persistent drought to short-time re-watering were investigated in this area. The purpose of this paper was to understand physiological and ecological responses of the three introduction plants to soil moisture changes. The results showed that re-watering after drought stress due to the increase of soil moisture results in increase in chla，chlb，chl and chla/b of H and B significantly, while the four indexes of X reduce. Soil moisture changes had relatively larger impact on the chla. Total chlorophyll of H and B increased by 46.13%，60.26%，but X decreased by 21.32%. MDA and SS contents of the three plants did not decrease but a significant increase and both index of X increased dramatically，206.32% and 199.40% respectively; while the Pro content was inordinately lower and B had a big reduction, which is 87.86%. The morning and noon water potential of three species declined with the increase of soil moisture；morning potential reduction of three plants were 115.25%，100.59%，90.97% and morning potential reduction of three plants were 86.92%，5.74%，11.20% respectively. Especially，water potential of H and B changed relatively smaller, which showed that signs of water deficit of the two plants was not significant. Compared to the three plants，X and H had a strong resistance to drought，and B was more sensitive to soil moisture change. On the one hand，the innovative point of our experiment is to select three plants under natural conditions which experienced drought and sporadic rainfall and compare the physiological and biochemical index and water potential changes of three plants to analyze the drought resistance and environmental adaptability of them. On the other hand，our experiment has a good application value. The results provide theoretical references for introduced plants adaptability and plant species selection in shelterbelt construction in the research area.

Key words: re-watering, physiological and biochemical indexes, water potential, Taklimakan Desert

中图分类号:

Q945

彭守兰，曾凡江，刘波，张利刚，罗维成，宋聪，Stefan K.Arndt，彭慧清. 极端干旱条件下策勒绿洲引种植物水分生理特征研究[J]. 干旱区地理, 2013, 36(3): 457-466.

PENG Shou-lan，ZENG Fan-jiang，LIU Bo，ZHANG Li-gang，LUO Wei-cheng，SONG Cong，Stefan K. Arndt，PENG Hui-qing. Water physiological characteristics of introduced plants under extreme drought conditions in Cele Oasis[J]. , 2013, 36(3): 457-466.

参考文献

1.付玉杰，张乃静，王黎丽，等. 超声提取文冠果种仁油及GC- MS成分分析［J］. 植物研究，2007，27（5）：622-625.

2.LI K R，FENG C H. Effects of brassinolide on drought resistance of [Xanthoceras sorbifalia] seedings under water stress［J］. Acta Physiol Plant，2011，（33）：1293-1300.

3.HU X W，WANG Y R，WU Y P. Growth，water relations，and stomatal development of [Caragana korshinskii] Kom. and [Zygophyl-][lum xanthoxylum]（Bunge） Maxim. seedlings in response to water deficits ［J］. New Zealand Journal of Agricultural Reseach，2009，（24）：559-564.

4.杨明，董怀军，杨文斌，等. 四种沙生植物的水分生理生态特征及其在固沙造林中的意义［J］. 内蒙古林业科技，1994，2：4-7.

5.张志强，王盛萍，贾宝全，等. 甘肃民勤地区不同地下水埋深花棒蒸腾耗水研究［J］. 生态学报，2004，24（4）：737-742.

6.谭雪红. 土壤干旱胁迫对紫叶小檗和小叶黄杨光和生理特性的影响［J］. 安徽农业科学，2010，38（32）：18024-18026.

7.XU C Y，SCHUSTER W S F，KEVIN L G. Seasonal variation of temperature response of respiration in invasive [Berberis thunbergii]（Japanese barberry） and two co-occurring native understory shrubs in a northeastern US deciduous forest［J］. Oecologia，2007，（153）：809-819.

8.JONATHAN M L，BRAND M H，JESSICA D L. Induction of tetraploidy in meristematically active seeds of Japanese barberry[（Berberis thunbergii var. atropurpurea）]though exposure to colchicine and oryzalin［J］. Scientia Horticulturae，2008，（119）：67-71.

9.CUI Y L & SHAO J L. The role of ground water in arid/semiarid ecosystems，Northwest China［J］. Ground Water，2005，（43）：471- 477.

10.吴琦，张希明. 水分条件对梭梭气体交换特性的影响［J］. 干旱区研究，2005，22（1）：79-84.

11.常兆丰，韩福贵，仲生年，等. 民勤荒漠区几种主要固沙植物群落的水分平衡特性［J］. 干旱区地理，2012，35（1）：141-147.

12.史薇，徐海量，赵新风，等. 胀果甘草种子萌发对干旱胁迫的生理响应［J］. 生态学报，2010，30（8）：2112-2117.

13.李伟，曹坤芳. 干旱胁迫对不同光环境下的三叶漆幼苗光合特性和叶绿素荧光参数的影响［J］. 西北植物学报，2008，27（5）：266-739.

14.BOWLER C，MONTAGU M V. Superoxide dismutase and stress tolerance［J］. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology，1992，（43）：83-116．

15.汤章城. 植物对水分胁迫的反应和适应性［J］. 植物生理学通讯，1983，4（7）：1-7.

16.韩蕊莲，李丽霞，梁宗锁. 干旱胁迫下沙棘叶片细胞膜透性与渗透调节物质研究［J］. 西北植物学报，2003，23（1）：23-27.

17.FRIDORICH. Superoxide dismutase［J］. Annual Review of Biochemistry，1975，44：147-159.

18.王霞，尹林克. 土壤水分胁迫对柽柳体内膜保护酶及膜脂过氧化的影响［J］. 干旱区研究，2002，19（3）：17-20.

19.冯先伟，陈曦，包安明. 水分胁迫条件下棉花生理变化及高光谱响应分析［J］. 干旱区地理，2004，27（2）：250-255.

20.张晓蕾，曾凡江，刘波，等. 不同土壤水分处理对疏叶骆驼刺幼苗光合特性及干物质积累的影响［J］. 干旱区地理，2010，27（4）：649-655.

21.朱军涛，李向义，张希明，等. 塔克拉玛干沙漠南缘3种荒漠植物光合特性的比较［J］. 干旱区地理，2012，35（1）：171-177.

22.李向义，赵强，何兴元，等. 策勒绿洲前沿两种植物的水分生理生态特征［J］. 干旱区研究，2004，21（2）：171-175.［LI Xiangyi，ZHAO Qiang，HE Xingyuan，et al. The physiological and ecological characteristics of moisture in two plant species at the foreland of Qira Oasis［J］. 2004，21（2）：171-175.］

23.曾凡江，张希明，李小明. 柽柳的水分生理特性研究进展［J］. 应用生态学报，2002，13（5）：611-614.

24.李合生. 植物生理生化实验原理和技术［M］. 北京：高等教育出版社，2000.

25.解婷婷，张希明，单立山. 灌水量对多枝柽柳水分生理及生长的影响［J］. 干旱区研究，2008，25（6）：802-807.

26.邹春静，韩士杰，徐文铎，等. 沙地云杉生态型对干旱胁迫的生理生态响应［J］. 应用生态学报，2003，14（9）：1446-1450.

27.赵天宏，沈秀瑛，杨德光，等. 水分胁迫及复水对玉米叶片叶绿素含量和光合作用的影响［J］. 杂粮作物，2003，23（2）：33-35.

28.徐文铎，刘广田. 内蒙古沙地云杉生长与生态条件的关系研究［J］. 应用生态学报，1993，4（4）：368-373.

29.赵广东，刘世荣，马全林. 沙木蓼和沙枣对地下水位变化的生理生态响应I.叶片养分、叶绿素、可溶性糖和淀粉的变化［J］. 植物生态学报，2003，27（2）：228-234.

30.BLACKMAN S A. Maturation proteins and sugars in desiccation tolerance of developing soybean seeds［J］. Plant Physiology，1992，（100）：225-230.

31.韩刚，党青，赵忠. 干旱胁迫下沙生灌木花棒的抗氧化保护响应研究［J］. 西北植物学报，2008，28（5）：1007-1013.

32.金微微，张会慧，王炎，等. 茉莉酸甲酯对干旱复水下烤烟幼苗光合特性和抗氧化酶的影响［J］. 干旱区地理，2011，34（6）：933-941.

33.曹兵，宋丽华，谢应吉. 土壤干旱胁迫对臭椿苗木生理指标的影响［J］. 东北林业大学学报，2008，36（9）：11-13.

34.胡晓立，李彦慧，陈东亮，等. 3种李属彩叶植物对NaCl胁迫的生理响应［J］. 西北植物学报，2010，30（2）：370-376.

35.周智彬，徐新文，杨兰英. 三种固沙植物对高温胁迫的生理响应及其抗热性研究［J］. 干旱区地理，2005，28（6）：824-830.

36.张红萍，牛俊义，轩春香，等. 干旱胁迫及复水对豌豆叶片脯氨酸和丙二醛含量的影响［J］. 甘肃农业大学学报，2008，43（5）：50-54.

37.陈敏，陈亚宁，李卫红，等. 不同地下水埋深柽柳、芦苇的生理响应［J］. 干旱区地理，2009，32（1）：72-81.

38.邹琦. 作物抗旱生理生态研究［M］. 山东：科学技术出版社，1994.［ZOU Qi. Study on crop drought resisting physiology［M］. Science and technology press， Shandong，1994.］

39.史宝胜，刘冬云，张晓磊. 水分胁迫对金叶榆含水量、细胞质膜相对透性和抗氧化系统的影响［J］. 西北农业学报，2010，19（9）：88-92.

40.张美云，钱吉，郑师章. 渗透胁迫下野生大豆游离脯氨酸和可溶性糖的变化［J］. 复旦学报（自然科学版），2001，40（5）：558-561.

41.LI X Y，ZHANG X M，ZENG FBJ，et al. Water relations on Alhagi sparsifolia in the southern fringe of Taklamakan Desert［J］. Acta Botanica Sinica，2002，44（10）：1219-1224.

42.付爱红，陈亚宁，李卫红. 干旱、盐胁迫下的植物水势研究与进展［J］. 中国沙漠，2005，25（5）：744-745.

43.毛舒燕，刘东焕，姜闯道，等. 水分胁迫条件下草莓克隆分株间水分调控及对光合功能的影响［J］. 生态学报，2009，29（12）：6446-6457.

44.王丁，姚健，薛建辉，等. 6种喀斯特造林树种苗木叶片水势变化及影响因子研究［J］. 中国农业科学，2010，26（22）：99-106.

[1]	陈京平, 余子莹, 杨帆, 王蜜, 胡涵, 丁璇, 高鑫, 王鑫. 塔克拉玛干沙漠腹地沙尘暴对新月形沙丘表面粒度变化的影响[J]. 干旱区地理, 2023, 46(12): 1995-2004.
[2]	唐敏,张峰,师庆东. 克里雅河尾闾绿洲浅层地下水位埋深变化特征研究[J]. 干旱区地理, 2021, 44(1): 80-88.
[3]	张峰,夏倩倩,迪丽拜尔·吐尔孙,刘建宗. 克里雅河尾闾圆沙三角洲古河道剖面所记录全新世古绿洲环境变化[J]. 干旱区地理, 2021, 44(1): 178-187.
[4]	孙小雲, 房彦杰, 赵景峰, 何清, 周杰. 塔克拉玛干沙漠输沙势时空分布特征[J]. 干旱区地理, 2020, 43(1): 38-47.
[5]	马玉芬, 潘红林, 张海亮, 刘军建, 李曼, 杜鹃. 大气红外探测器(AIRS)资料在塔克拉玛干沙漠的适用性检验与评估[J]. 干旱区地理, 2018, 41(5): 908-922.
[6]	翟浩明, 石晶. 塔克拉玛干沙漠边缘地区生态林业效益分析与发展路径研究[J]. 干旱区地理, 2017, 40(2): 462-468.
[7]	赵战成, 丁国峰, 艾尔肯. 塔克拉玛干沙漠东部边缘降雨日变化[J]. 干旱区地理, 2016, 39(6): 1182-1185.
[8]	赵战成, 丁国峰, 艾尔肯. 塔克拉玛干沙漠东部边缘降雨日变化[J]. 干旱区地理, 2016, 39(6): 1182-1185.
[9]	赵元杰, 车高红, 刘辉, 曾佳, 夏训诚. 塔克拉玛干沙漠南缘红柳沙包有机质碳氮含量与气候环境变化[J]. 干旱区地理, 2016, 39(3): 461-467.
[10]	房彦杰，赵景峰，郭永平，李生宇，何清，韩鑫. FRYBERGER输沙势计算方法及其估算值偏差分析——以塔克拉玛干沙漠为例[J]. 干旱区地理, 2015, 38(1): 95-102.
[11]	曾佳，郭峰，赵灿，孙增英，赵元杰. 塔克拉玛干沙漠南缘小绿洲近50 a来气候变化特征[J]. 干旱区地理, 2014, 37(5): 948-957.
[12]	王宁波，李生宇，王海峰，徐新文，贾文茹，张忠良，田野. 塔克拉玛干沙漠腹地垄间地上覆沙丘形态的空间变化特征及其成因[J]. 干旱区地理, 2014, 37(1): 89-96.
[13]	严坤，李生宇，雷加强，王海峰，孙聪，严风硕，李春. 沙漠腹地人工绿地地表能量交换特征[J]. 干旱区地理, 2013, 36(3): 433-440.
[14]	李生宇，谷峰，王海峰，庞营军，穆桂金，雷加强，刘小路，张忠良，闫健. 塔克拉玛干沙漠河湖相沉积平原风蚀地貌发育的外营力作用机制[J]. 干旱区地理, 2012, 35(03): 358-364.
[15]	朱军涛,,，李向义,，张希明,，林丽莎,，杨尚功,. 塔克拉玛干沙漠南缘3种荒漠植物光合特性的比较[J]. 干旱区地理, 2012, 35(01): 171-176.