三种园林观赏草对大气增温和臭氧浓度升高的生理响应

来源 :西南林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dxc1989120
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气候变暖和近地面臭氧浓度增加已成为全球变化关注的重点环境问题之一,城市地表气温与臭氧浓度增加变化显著,对城市生态系统尤其是对城市植物生理生化、生长发育的影响日趋明显。观赏草抗逆性强,养护成本低廉,并具有较高的观赏性,生态效益高,是城市绿化和生态修复必不可少的一部分。本研究采用开顶箱气室(OTCs)模拟熏蒸法,选取三种常见的园林观赏草:小兔子狼尾草(Pennisetum alopecuroides‘Little Bunny’)、紫穗狼尾草(Pennisetum alopecuroides‘Purple’)和拂子茅(Calamagrostis epigeios)为试验材料,研究大气增温(比对照的大气温度增加2℃,IT)、臭氧浓度升高(比对照的臭氧浓度增加40 nmol·mol-1,EO)以及二者的复合作用对这三种观赏草物候、生物量、光合特性以及逆境生理特征的影响规律。为将来在全球气候变暖和近地臭氧浓度升高的环境变化下,这类植物在园林景观中的运用及引种栽培生产方面提供技术指导和科学依据。主要研究结果如下:(1)在物候方面:增温处理使得小兔子狼尾草和紫穗狼尾草花期比对照组分别延长5天;秋季物候期分别推迟4天、6天,拂子茅推迟2天,三种草生长季延长。臭氧处理使得小兔子狼尾草花期缩短3天;秋季物候期分别提前4天、2天,拂子茅提前3天,生长季均缩短。增温臭氧复合处理使得小兔子狼尾草花期缩短3天;秋季物候分别推迟2天和3天,生长季均延长;拂子茅秋季物候期提前4天,生长季缩短。(2)在生物量方面:小兔子狼尾草和紫穗狼尾草在增温处理下地上生物量、地下生物量,总生物量显著增加;在臭氧处理下地上生物量、地下生物量,总生物量显著减少;在复合处理下地上生物量和总生物量显著下降,但下降的幅度均小于臭氧单因子处理组。拂子茅在增温、臭氧及复合作用下地上生物量、地下生物量,总生物量均减少。紫穗狼尾草在增温、臭氧及复合作用下根冠比均显著高于对照组。(3)在光合作用方面:增温处理均促进小兔子狼尾草和紫穗狼尾草叶片中光合色素的合成,提高叶片的光合作用;拂子茅在增温处理前期(6~9月)叶片光合效率表现为抑制作用,在处理后期(10~11月)表现为促进作用。臭氧处理均使得三种观赏草叶片净光合速率(Pn)显著降低,光合色素合成受阻,在处理120d时,叶绿素(Chl(a+b))分别显著下降60.12%、22.61%和33.10%(P<0.05),而引起光合效率下降的主要原因是非气孔限制因素。复合处理对小兔子狼尾草和拂子茅叶片的Pn、Chl(a+b)和类胡萝卜素均产生显著交互作用,小兔子狼尾草表现为拮抗作用,增温缓解了一部分臭氧对该草的光合胁迫作用,且臭氧的抑制作用大于增温的促进作用;拂子茅表现为协同作用,复合处理加重了对该观赏草的光合抑制效率。(4)在逆境生理方面:与对照组相比,增温单因子处理均提高了小兔子狼尾草和紫穗狼尾草的叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,增强了对氧自由基的清除能力;拂子茅叶片相对电导率升高、丙二醛(MDA)含量增加,SOD、POD呈先升后降的趋势。臭氧浓度升高诱发了三种观赏草体内活性氧的产生,带来了严重的膜脂过氧化伤害,MDA含量增加,电解质外渗;植物体内脯氨酸、可溶性糖大量积累导致渗透势降低,可溶性蛋白质的合成受到抑制;SOD、POD呈先升后降的趋势。在复合处理下,增温缓解了一部分臭氧对小兔子狼尾草和紫穗狼尾草氧化伤害;而增温与臭氧产生协同作用,加重了对拂子茅叶片膜结构的损伤。(5)抗逆性综合评价:基于生理特征比较及主成成分分析表明,在三种园林观赏草中拂子茅耐增温能力最弱,小兔子狼尾草耐臭氧能力最差,在大气增温和臭氧浓度升高下紫穗狼尾草抗性最强。因此,在大气增温与臭氧浓度升高的环境背景下,紫穗狼尾草具有更高的应用价值。
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