不同油茶品种对干旱胁迫的响应及其抗旱性综合评价.pdf
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1、Vol.43 No.9Sep.2023第 43 卷 第 9 期2023 年 9 月中 南 林 业 科 技 大 学 学 报 Journal of Central South University of Forestry&Technologyhttp:/收稿日期:2022-06-20基金项目:江西省重点研发计划项目(20203BBFL63056);中央财政林业科技推广示范项目(JXTG202122 号)。第一作者:何小三(),副研究员,博士。通信作者:王玉娟(),研究员,硕士。引文格式:何小三,周文才,邱凤英,等.不同油茶品种对干旱胁迫的响应及其抗旱性综合评价 J.中南林业科技大学学报,2023,
2、43(9):1-14.HE X S,ZHOU W C,QIU F Y,et al.Responses of different Camellia oleifera varieties to drought stress and the comprehensive evaluation of their drought resistanceJ.Journal of Central South University of Forestry&Technology,2023,43(9):1-14.不同油茶品种对干旱胁迫的响应 及其抗旱性综合评价何小三1,周文才1,2,邱凤英1,龚 春1,徐林初1,2,
3、肖相元1,王玉娟1,2(1.江西省林业科学院,江西 南昌 330032;2.江西省油茶种质资源保护与利用重点实验室,江西 南昌 330032)摘 要:【目的】研究不同油茶品种苗期的抗旱性及其对干旱胁迫的响应,筛选出适用于油茶抗旱性评价或鉴定的指标,并对其抗旱性进行综合评价,以期为油茶抗旱品种的选育等提供理论依据和方法。【方法】测定不同油茶品种在干旱胁迫下的形态、生长、生理生化等 28 项指标,研究不同油茶品种的抗旱性,运用主成分分析法筛选出适用于油茶抗旱性大小的评价或鉴定指标,并利用隶属函数法对油茶品种的抗旱性进行综合评价,根据不同干旱胁迫强度下各指标抗旱系数的变化情况,研究不同油茶品种对干旱
4、胁迫的响应并探讨其抗旱机制。【结果】主成分分析结果得出,将与油茶抗旱性相关的 28 项指标归纳成 3 个主成分,累计贡献率为 100%,具有很强的信息代表性;第一主成分可概括为光合参数和叶片解剖参数,第二主成分可概括为生长指标,第三主成分可概括为叶片气孔开度和脯氨酸含量,对应的抗旱性鉴定指标分别为净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、叶片厚度、叶片上表皮厚度、气孔开度、气孔密度、干物质积累量、株高生长量及叶片脯氨酸含量。运用隶属函数值分析法对 4 个油茶品种的抗旱性进行综合评价,抗旱性强弱顺序为无 2 赣 190 兴 46 无 12。根据不同油茶品种在 3 个干旱胁迫强度下抗
5、旱系数的变化情况得出,各油茶品种对干旱胁迫的响应既有相似之处又各有特点。干旱胁迫下,各油茶品种主要通过增加侧根数来提高根系的吸水能力,通过提高根冠比和根占整株比来增强植株的抗性;通过提高叶片紧实度、栅海比、气孔密度及水分利用效率(WUE)来减少水分散失和提高水分利用效率;通过提高抗氧化物质 SOD 的含量来清除超氧根阴离子等有害物质,保护细胞结构;通过提高叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等含量来降低渗透势,调节渗透平衡,减轻渗透胁迫对植物的伤害;通过增加内源激素 ABA 和 MeJA 含量来增强油茶的抗旱性,缓解干旱胁迫对油茶造成的伤害。【结论】净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶片厚度、叶片
6、上表皮厚度、气孔开度、气孔密度、干物质积累量、株高生长量及叶片脯氨酸含量可作为油茶苗期的抗旱性鉴定指标;经抗旱性综合评价,无 2 的抗旱性最强;不同油茶品种对干旱胁迫是多途径的联合响应及抗旱机制,既有相同之处又各有特点,各品种在轻度干旱胁迫下的响应区别较大,但在重度干旱胁迫下主要是以 SOD 或 ABA 为主导的多途径响应及抗旱机制。关键词:油茶;干旱胁迫;响应;机制;综合评价中图分类号:S794.4 文献标志码:A 文章编号:1673-923X(2023)09-0001-14Responses of different Camellia oleifera varieties to droug
7、ht stress and the comprehensive evaluation of their drought resistanceHE Xiaosan1,ZHOU Wencai1,2,QIU Fengying1,GONG Chun1,XU Linchu1,2,XIAO Xiangyuan1,WANG Yujuan1,2(1.Jiangxi Academy of Forestry,Nanchang 330032,Jiangxi,China;2.Key Laboratory of Germplasm Resources Protection and Utilization of Came
8、llia oleifera in Jiangxi Province,Nanchang 330032,Jiangxi,China)Abstract:【Objective】The drought resistance of different Camellia oleifera varieties at the seedling stage and their responses to drought stress were studied.The indexes suitable for the drought resistance evaluation and identification o
9、f Camellia oleifera were screened,and its drought resistance was comprehensively evaluated,in order to provide a theoretical basis and methods for the breeding Doi:10.14067/ki.1673-923x.2023.09.001何小三,等:不同油茶品种对干旱胁迫的响应及其抗旱性综合评价2第 9 期油茶Camellia oleifera是重要的木本油料树种,同时也是南方种植较广的经济林树种。油茶大树具有一定的抗旱性和水土保持作用,在
10、低海拔的丘陵岗地均有种植。目前,油茶抗性方面的研究主要集中在生长特性、光合特性、生理生化、形态解剖及抗旱性、抗寒性综合评价等方面。张规富等1利用 PEG6000 模拟干旱,对长林3 号油茶幼苗的根系形态及叶片解剖结构进行了研究,随着干旱胁迫的增强,根粗、叶片厚度、上下表皮厚度、栅栏组织和海绵组织厚度均呈下降趋势,根冠比和栅海比呈升高趋势。曹林青等2在干旱胁迫下对油茶叶片结构的变化情况进行了研究,随着干旱胁迫的加剧,叶片厚度、上下表皮厚度、栅栏组织厚度、栅海比、气孔器大小、下表皮气孔面积、气孔开度、气孔周长、单叶鲜质量、单叶干质量等均呈下降趋势,而上下角质层厚度、主脉厚度、主脉突起度均呈增加趋势
11、。冯士令等3利用主成分分析法和隶属函数法对长林系列油茶无性系的抗旱性进行了评价,筛选出光合参数、蛋白质含量、抗氧化酶活性及细胞膜透性作为评价指标。程军勇等4用隶属函数法对长林系列和鄂油系列 10 个油茶品种的耐寒性进行了综合评价,用于评价的指标主要有叶片相对电导率、叶片可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸、丙二醛含量及 SOD 活性等。洪文泓等5对普通油茶、高州油茶和红花油茶的低温胁迫响应和抗寒性评价进行了研究,随着低温胁迫时间的延长,3 种油茶的叶绿素含量和叶片相对含水量呈下降趋势,叶片可溶性蛋白含量呈增加趋势,可溶性蛋白含量和 SOD 活性可用于评价油茶的抗寒性。许彦明等6对湘林 52 在干旱胁迫
12、下的根系和叶片生理生化指标的变化进行了研究,随着干旱程度的增加,叶片光合色素含量、可溶性蛋白含量呈降低趋势,叶片及根系可溶性糖、脯氨酸和丙二醛含量及 SOD 活性均呈增加趋势,根系可溶性蛋白含量、过氧化物酶和过氧化氢酶活性均呈先升高后降低的趋势。龙伟等7对云南文山油茶的研究表明,油茶具有较强的耐旱能力,干旱胁迫下抑制了油茶的抽梢,但对其产量影响不大。董斌等8对不同油茶品种在干旱胁迫下的光合特性进行了比较研究,随着干旱胁迫的加剧,4 个油茶品种的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均显著下降,of drought-resistant varieties of Camellia oleifera.【Me
13、thod】28 indexes such as morphology,growth,physiology and biochemistry of different Camellia oleifera varieties under drought stress were determined to study the drought resistance of different Camellia oleifera varieties.Principal component analysis was used to screen out the evaluation or identific
14、ation indexes suitable for the drought resistance of Camellia oleifera.The drought resistance of Camellia oleifera varieties was comprehensively evaluated by subordinate function value analysis.According to the change of drought resistance coefficients of each index under different drought stress in
15、tensities,the response of different Camellia oleifera varieties to drought stress was studied and the drought resistance mechanism was discussed.【Result】The results of the principal component analysis showed that 28 indexes related to drought resistance of Camellia oleifera were summarized into 3 pr
16、incipal components,and the cumulative contribution rate was 100%,which had strong information representation.The first principal component can be summarized as photosynthetic parameters and leaf anatomical parameters,the second principal component can be summarized as growth indexes,and the third pr
17、incipal component can be summarized as stomatal aperture and proline content.The corresponding drought resistance identification indicators were Pn,Gs,Tr,leaf thickness,upper epidermis thickness of leaves,stomatal aperture,stomatal density,dry matter accumulation,plant height growth and proline cont
18、ent.The drought resistance of 4 Camellia oleifera varieties was comprehensively evaluated by subordinate function value analysis,and the order of their drought resistance was Wu2 Gan190 Xing46 Wu12.According to the changes in drought resistance coefficients of different Camellia oleifera varieties u
19、nder 3 drought treatments,the responses of different Camellia oleifera varieties to drought stress were similar and had their own characteristics.Under drought stress,each Camellia oleifera variety mainly increased the number of lateral roots to improve the water absorption capacity of roots,and enh
20、anced the resistance of plants by increasing the root-shoot ratio and root-to-plant ratio.The water loss was reduced and water use efficiency was improved by increasing leaf compactness,grid-sea ratio,stomatal density and WUE.By increasing the content of antioxidant SOD,the superoxide anion and othe
21、r harmful substances could be removed to protect cell structures.By increasing the contents of soluble sugar,soluble protein and proline in leaves,the osmotic potential was reduced to regulate osmotic balance and reduce the damage of osmotic stress to plants.By increasing the contents of endogenous
22、hormones such as ABA and MeJA,the drought resistance of Camellia oleifera was enhanced and the damage caused by drought stress was alleviated.【Conclusion】Pn,Gs,Tr,leaf thickness,leaf epidermis thickness,stomatal aperture,stomatal density,dry matter accumulation,plant height growth and leaf proline c
23、ontent can be used as drought resistance identification indexes of Camellia oleifera seedlings.By the comprehensive evaluation of drought resistance,Wu2 has the strongest drought resistance.The response of different Camellia oleifera varieties to drought stress is a multi-way joint response and drou
24、ght resistance mechanism,which shows both similarities and characteristics.The response of each variety under mild drought stress is different,but under severe drought stress,it is a multi-way joint response mechanism mainly dominated by SOD or ABA.Keywords:Camellia oleifera;drought stress;response;
25、mechanism;comprehensive evaluation3中 南 林 业 科 技 大 学 学 报第 43 卷并采用隶属函数法对光合参数进行了综合评定。黄拯等9对干旱胁迫下油茶成林的光合特性进行了研究,随着干旱胁迫的加剧,叶片净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率呈降低的趋势,胞间二氧化碳浓度呈增加的趋势,且净光合速率、气孔导度和蒸腾速率日变化曲线由“双峰”形逐渐过渡为“单峰”形。丁少净等10对干旱胁迫下6年生油茶林的花苞生长和产量进行了研究,干旱胁迫下,花径和花苞长生长量均有所下降,但降幅较小,而产量的降幅较大。霍佩佩等11对8 个长林无性系在干旱胁迫下的渗透调节物质和叶片水
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