嫩江云杉和红皮云杉对干旱与SO2胁迫的生理响应

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1、摘要嫩江云杉(Piceakoraiens括Nakaivalr．oenjiangens括S．Q．NieetX．YYuan)是红皮云杉(Picea切r口缸脚括Nakai)的变种，其生命周期较长，表现出较强的抗逆性。本项研究采用RAPD和ISSR现代分子标汜技术，研究了两个不同云杉物种问在基因组水平上的遗传差异，在此基础上比较研究了嫩江云杉和红皮云杉苗木在不同水分条件下和S02胁迫下的生理特征，探讨其对干旱与S02胁迫的适应机制，并对两者的适应能力进行了比较。论文的主要内容和结果如下：．通过J下交试验设计优化了分子标记的

2、反应程序和反应体系。从引物中筛选出三个RAPD引物和一个ISSR引物用来区分嫩江云杉和红皮云杉，它们是：OPN．07，OPA-17，S25和ISSR-67。用这四个引物扩增两种云杉基因组，得出在1000bp、950bp、1500bp和2000bp处嫩江云杉有特异性谱带而红皮云杉没有。研究表明，采用RAPD和ISSR分子标记可以将嫩江云杉和红皮云杉区分开来。在土壤干旱胁迫下，系统地研究了嫩江云杉和红皮云杉的多个生理指标的变化规律。结果显示：随土壤含水量的降低，不同光强下两种云杉幼苗(3年生)的最大净光合速率(岛。)逐

3、渐下降，且嫩江云杉的降幅较小；蒸腾速率(乃)、表观量子效率(AQY)、气孔导度(G)、羧化效率(cE)也都呈下降的趋势。暗呼吸速率(勘)和水分利用率(WUE)在逐渐干旱的过程中先上升后下降，而胞闯C02浓度(ci)先下降，随后上升。这表明在干旱胁迫较为严重时，光合速率的降低主要是非气孔限制造成的。在干旱的情况下，嫩江云杉的C02补偿点(D低于红皮云杉，表明其利用低浓度C02的能力强于红皮云杉。干旱胁迫下，光化学量子效率(啷slI)、PSII的最大光能转换效率(R假。)、R／Fo和叶绿素荧光的光化学猝灭(q，)值均下

4、降，且下降幅度嫩江云杉小于红皮云杉，说明光系统II(PSII)受到了伤害，PSII原初光能转换效率(，V％)、PSII潜在活性(凡／R)降低，光合电子传递、光合原初反应过程受到抑制。嫩江云杉在轻度的干旱下非光化学猝灭(NPQ)上升表明，嫩江云杉起光保护作用的热耗散提高，红皮云杉这方面的作用不明显。干旱胁迫下，叶绿素含量下降，红皮云杉叶绿素a(Chia)含量和叶绿素总量的下降幅度要远远大于嫩江云杉。叶绿素a与叶绿素b的比值(Chla／Chlb)在干旱初期有升高的趋势，但随着干旱的加剧表现为下降。这表明轻度干旱下捕光色

5、素蛋白复合体II(LHCII)含量减少。嫩江云杉类胡萝h素与叶绿素的比值(Car／Chl)在干旱过程中上升，有利于保护光系统，降低光氧化的破坏。随着土壤含水量的降低，两种云杉根、茎、叶中的脱落酸(ABA)含量都有上升的趋势，嫩江云杉的上升幅度要大于红皮云杉。在轻度甚至中度干旱时，红皮云杉的生长素(tAA)的含量有所上升，在严重干旱时IAA含量出现下降。两种云杉赤霉素(GA)含量在摘安干旱的过程中是下降的，但下降的幅度不大。说明干旱对GA的影响不是很显著。两种云杉根中的玉米素核苷(ZR)含量在于旱的过程中显著下降。对

6、各种激素与气孔导度的相关分析表明，ABA、ZR和ABA，zR在气孔调节中起到重要的作用。干旱的过程中，超氧阴离子自由基(02。)产生速率、丙二醛(MDA)含量及膜的透性增加，表明产生了大量自由基。发生了脂质过氧化作用。超氧化物歧化酶(SOD)活性在轻度干旱时上升，并在第4d达到最高，以后酶活性丌始下降。两种云杉过氧化氢酶(CAT)活性在轻度干旱时略有上升，干旱的第4d达到最大值，然后丌始下降。在中度干旱时，嫩江云杉过氧化物酶(POD)的活性急剧上升，红皮云杉政酶的活性却丌始下降：严重干旱时，两种云杉该酶的活性都降低

7、。随着土壤含水量的降低，两种云杉抗坏血酸(AsA)的含量在干旱的过程中变化显著。轻度干旱时已经丌始上升，严重干旱时。两种云杉AsA含量都丌始下降。嫩江云杉和红皮云杉叶片的Car含量随干旱程度的加重而下降，嫩江云杉Car下降幅度较小。在于旱不严晕的情况下，云杉体内的自由基可以通过酶系统和小分子抗氧化荆柬清除。干旱的过程中，叶片含水量、相对含水量(RWC)逐渐下降，水分饱和亏缺(WSD)逐渐增加，并且嫩江云杉的变化幅度小于红皮云杉。两种云杉可以通过渗透调节束适应这种水分的变化。渗透调节物可溶性糖、脯氨酸和可溶性蛋白在于

8、旱的过程中有上升的趋势，嫩江云杉的变化幅度较大。时水势《甲w)、渗透势(U／s)和饱和渗透势(甲sJoo)在测定的过程中是逐渐下降的，嫩江云杉表现得尤为明显，显示出嫩江云杉具有较强的渗透调节能力。以两种云杉幼树(8年生)为试验材料，研究其在相同的干旱胁迫下的光合参数和水分参数的变化情况．将所获得的结果与上述云杉幼苗的试验结果进行比较，结果基本相同。以Na2S