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沙米和狗尾草种子萌发期对干旱胁迫的响应

作者:奈曼站   更新时间:2021-09-28

全球约1/3的面积为干旱和半干旱区,而我国国土面积的一半属于干旱半干旱区,即使生长在湿润半湿润地区的植物,也经常遭受阶段性的土壤干旱或者大气干旱。干旱和植物适应性与植物演替密切相关,了解植物对干旱的响应有助于我们对植物生理生态的认识。种子萌发是植物生命的第一个阶段,因此是决定植物成功建立的关键。在干旱半干旱地区,水分是影响种子萌发的主要因素。许多研究发现,种子萌发和幼苗紧急状态与干旱强度有关。

科尔沁沙地属于半干旱地区,由于长期人类活动的干扰以及过度利用,导致水土流失加剧,植被覆盖率低。沙米和狗尾草是泛温带植物种。沙米是在流动沙丘上生长,作为先锋植物,为后续植物的侵入和植被建植奠定基础。狗尾草是重要的顶级植物,在中生、偏旱生和旱生生境水分条件较好的地段都可以生存,有助于植物群落的建植和土壤条件的改善。为了了解我国科尔沁沙地沙生植物种子在萌发时怎样适应干旱胁迫,研究了沙生植物沙米和狗尾草幼苗生长和生理特性对干旱的响应。结果表明,在种子萌发期与狗尾草相比,沙米具有较强的抗旱性,干旱胁迫下,两种植物的种子发芽率、胚芽长度、单粒鲜重和种子含水量均下降。当水势为-0.30mpa时,沙米种子发芽率为15.7%,狗尾草种子发芽率仅为2.7%。轻度干旱和中度干旱增加了两种植物的胚根长度和超氧化物歧化酶(SOD)活性,沙米的可溶性蛋白和可溶性糖含量,狗尾草的CAT活性的,但严重干旱降低了这些值。在-0.09mpa(比对照增加45.8%)下,沙米的胚根长度最高,显著大于其它处理。随着干旱胁迫时间的延长,沙米的SOD、CAT活性和可溶性糖、蛋白质含量均高于狗尾草。当水势大于-0.30mpa时,沙米游离脯氨酸含量低于狗尾草。

通过本研究,揭示干旱胁迫处理下种子萌发特性与抗氧化酶保护的关系,解析干旱程度与渗透调节物的调控机制,以期为科尔沁沙地植被恢复和生态重建提供理论指导,为更多植物资源的扩大和合理利用提供科学依据。

该成果以Responses to drought stress in germinating seeds of Agriophyllum squarrosum (L.) and Setaria viridis (L.)为题发表于Fresenius Environmental Bulletin期刊,奈曼站博士生陈娟丽为第一作者。该研究获国家重点研发计划项目(2017FY100200)等项目的支持。

图1 不同水势对种子发芽率和幼苗生长特性的影响

图2 不同水势对种子生理特性的影响


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