模拟增温对莼菜生长与繁殖的影响

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由于人类活动导致的碳排放急剧上升,全球地表温度自工业革命后已显著增加约0.85℃。全球变暖不仅增加了地表平均温度,同时也减小了昼夜温差。大多数植物的光合作用发生在白天,对最高温度极为敏感,而植物呼吸发生在全天,同时受到最高温度和最低温度的影响,昼夜温差减小可能会由此影响植物的碳同化和消耗。平均温度上升对植物的影响已有广泛研究,而多数研究则忽略了昼夜温差减小的不对称增温现象。莼菜(Brasenia schreberi J.F.Gmel.)为睡莲科莼菜属多年生水生浮叶植物,分布于中国及东南亚、北美、澳大利亚等国家和地区,是我国一种经济价值极高的水生蔬菜。本文选取莼菜作为研究对象,设置三种开放式处理,铺设白色塑料膜作为对照处理,铺设黑色塑料膜作为增温Ⅰ处理,在铺设黑色塑料膜的基础上加装开顶式生长箱为增温Ⅱ处理。增温Ⅰ与增温Ⅱ处理分别有效地模拟了平均温度升高与昼夜不对称增温现象。实验从营养生长、有性繁殖与无性繁殖三个方面探究了全球变化对莼菜可能产生的影响,主要研究结果如下:(1)莼菜浮水叶的最大光化学量子产量在两种增温情境中均有下降,其中增温Ⅱ处理尤为明显。增温Ⅱ处理的光化学与非光化学淬灭系数为三组处理中最高。面对短期热胁迫,增温Ⅱ处理的莼菜在叶绿素荧光指标上受到的影响较大。从色素含量上看,增温Ⅱ处理中莼菜浮水叶的叶绿素总量与类胡萝卜素含量均为三组处理中最高,对照处理下莼菜叶片的叶绿素a/b的值高于另外两组处理,叶绿素/类胡萝卜素的值则为增温Ⅱ处理最高。从莼菜叶片与胶质的积累上看,对照处理下莼菜浮水叶的干鲜比最高,增温Ⅱ处理的叶片厚度低于另外两组处理。夏季采样时,增温Ⅱ处理组的莼菜浮水叶面积、单芽重与卷叶长度最大,对照与增温Ⅰ处理下的卷叶长度相近。秋季采样时,三组处理的叶面积均较夏季时降低,增温Ⅰ处理与增温Ⅱ处理的胶质含量相较于夏季有所下降,而对照处理的胶质含量则略有升高。(2)莼菜的有性繁殖结果表明,增温Ⅱ处理会将莼菜花期提前5天,并且降低莼菜开花密度。三种处理的花期长度基本相同,均为35天。从莼菜花的形态上看,莼菜花顶部离水高度与花冠直径从高到低均为对照处理>增温Ⅰ处理>增温Ⅱ处理。增温Ⅱ处理中莼菜雌雄蕊的活力下降,花部综合征的变化导致增温Ⅱ处理中莼菜结实率最低。从种子的质量上看,虽然增温Ⅱ处理下的莼菜种子千粒重最高,但其在萌发率、萌发整齐度上均弱于增温Ⅰ与对照处理。种子萌发出的幼苗在生长相同时间后,增温Ⅱ处理的叶片数、株高、叶长、叶宽以及积累的干物质均为最低。(3)莼菜无性繁殖的结果表明,1月采集时,增温Ⅰ处理的单芽重为三组处理中最高.增温Ⅱ处理芽长、小叶数、叶长叶宽与叶面积均为最高。2月采集时,增温Ⅱ处理的单芽重略高于增温Ⅰ处理,对照处理的芽长为三组中最低。3月采集时,单芽重的变化趋势与1月相同,对照处理的芽长低于增温Ⅱ处理。3月采样时,三组处理的单芽重、叶长叶宽与叶面积较1月、2月均有显著下降;三组处理中,沉底越冬芽单芽重、芽长均高于漂浮越冬芽。增温Ⅱ处理的沉底越冬芽展开小叶数高于增温Ⅰ处理与对照处理。三种不同处理下沉底莼菜越冬芽最大展开叶的叶长、叶宽与叶面积从大到小均为增温Ⅱ处理>增温Ⅰ处理>对照处理。上述研究表明,平均温度的升高对莼菜的影响与不对称增温的影响具有明显的差异。从营养生长角度看,两种增温方式都对莼菜叶片的光合作用产生了不利的影响,而不对称增温增大了短期热胁迫对莼菜叶片光合作用的扰动。两种增温方式在夏季与秋季对于莼菜光合产物积累产生的影响具有差异。在有性繁殖方面,昼夜温差减小显著提前了开花物候期,降低了开花密度,并对莼菜花部综合征与种子的萌发生长产生了不利影响,而平均温度的上升对有性繁殖的影响则并不明显。在无性繁殖方面,两种增温方式都提高了莼菜越冬芽的质量,其中昼夜不对称增温对越冬芽质量的影响大于平均温度的升高产生的影响。从总体上看,昼夜不对称增温对莼菜的影响大于平均温度升高。
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