基本信息
- 项目名称：
- 高温胁迫对希蒙得木生理生态特性的影响
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本作品采用人工气候室模拟增温的方法，研究不同程度高温处理对3个种源（Z1：会东可河；Z2：澳大利亚肯多伯冷；Z3：美国菲尼克斯）希蒙得木叶片相对含水量（LRWC）、叶片光合特性、渗透调节、抗氧化保护酶、膜脂过氧化的影响。通过对希蒙得木在不同高温处理下生理响应的测定与分析，探讨其在不同高温处理下的光合及生理变化过程，以及其耐热、耐旱的能力。
- 详细介绍：
- 人类活动排放大量的温室气体在大气中的含量逐步上升，导致全球气候变暖，引发极端气候的频繁发生，如局部地区的异常高温、干旱等。高温热害严重影响植物的生长及生理代谢，成为限制植物分布、生长和生产力的一个主要环境因子。大量研究表明，高温胁迫下植物水分亏缺，光合速率降低，生长缓慢，活性氧代谢失调，膜脂过氧化发生，质膜透性增加。但植物在一定范围的高温环境下并不是被动地承受伤害，而是主动地调节适应。研究表明，在高温逆境下，植物一方面能通过降低蒸腾和增加体内可溶性有机物质的浓度来减缓水分缺失；另一方面通过激活体内一系列活性氧清除系统，减弱膜脂过氧化作用，保持细胞膜的稳定性。研究植物对高温逆境的响应机制将有助于采取有效的措施来抵御高温对植物的危害，并在植物的引种过程中具有一定的指导意义。 希蒙得木（Simmondsia Chinensis）为希蒙得木科希蒙得木属，为一属一种的多年生常绿灌木或小乔木，又名霍霍巴，原产美国与墨西哥交接处的罗兰沙漠，是一种常绿灌木，寿命可达数百年，在北纬25°—30°和西经109°—117°范围内的分布超过了25.6万hm2。希蒙得木种子含油47%—62%，被誉为“液体黄金”，是一种新兴的工业油料植物。希蒙得木根系发达，耐热、耐旱、耐瘠薄，被称为“沙漠克星”，是干旱、半干旱地区植被恢复和保持水土的优良树种。根据美国的福雷斯诺及墨西哥北纬23°—35°范围内8个气象站以及以色列3个站，苏丹2个站，共13个气象站的初步分析，希蒙得木的种植区和自然分布区多属干旱沙漠或半干旱草原气候。其气候特点是空气干燥，降水稀少，气温较高，最高可达50 ℃，昼夜温差可达15—30 ℃。目前成功引种栽培希蒙得木的国家主要有阿根廷、以色列、秘鲁、澳大利亚、美国等，并进行了大规模种植和加工。自20世纪70年代末期，我国南方10多个省先后引种了希蒙得木并开展了相关研究，多见于其引种 、光合特性、开发利用等，国内外关于其对高温的生理光合响应的研究还不多见。希蒙得木特有的生物学特性、生态习性以及经济价值使其具有巨大的发展潜质，探讨其在我国能否作为高温、干旱等极端气候地带的适生树种具有重大的研究价值。本试验采用人工气候室模拟增温的方法，研究不同高温处理下3个优良希蒙得木种源各项生理光合指标的变化，旨在探讨这几个优良种源对高温胁迫的响应过程及其耐受能力，为希蒙得木的选种、引种及栽培管理提供参考。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 温室效应导致全球气候变暖，引发极端气候的频繁发生，如局部地区的异常高温、干旱等。高温热害严重影响植物的生长及生理代谢，成为限制植物分布、生长和生产力的一个主要环境因子。但植物在一定范围的高温环境下并不是被动地承受伤害，而是主动地调节适应。 本作品研究了我省攀西地区近年引种的重要经济植物希蒙得木对高温逆境的响应机制，将有助于科学的引种和选择栽培区域，对该树种推广具有一定的指导意义。
科学性、先进性及独特之处
- 1.经查阅相关文献，国外少见关于希蒙得木对高温生理响应的研究，国内无此类研究报道。 2.采用智能人工气候室模拟增温的方法，准确地控制环境条件，研究不同高温处理下3个希蒙得木种源各项生理、光合指标的变化，提高了研究结果的可信度，这在我国林木高温胁迫研究方面还不多见。 3.结果表明，3个希蒙得木种源耐高温能力很强，尤以会东可河（Z1）最好，因此提出了在我国攀西地区广泛发展更耐热种源Z1的建议。
应用价值和现实意义
- 希蒙得木特有的生物学特性、生态习性以及经济价值使其具有巨大的发展潜质，探讨其在我国能否作为高温、干旱等极端气候地带的适生树种具有重大的研究价值。本作品研究了希蒙得木对高温逆境的响应机制，对于科学的引种和选择栽培区域，采取有效的措施来抵御高温危害以及该树种推广具有一定的指导意义。
学术论文摘要
- 利用人工气候室模拟高温环境，研究了不同程度高温处理对3个不同种源（Z1：会东可河；Z2：澳大利亚肯多伯冷；Z3：美国菲尼克斯）希蒙得木叶片相对含水量（LRWC）、叶片光合特性、渗透调节、抗氧化保护酶、膜脂过氧化的影响。结果表明，3个种源希蒙得木幼苗LRWC、净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr）均随高温胁迫强度的加剧呈极显著下降趋势，叶绿素含量（Chl）、可溶性糖含量显著降低；脯氨酸（Pro）含量呈极显著上升趋势；丙二醛（MDA）含量和相对电导率均随高温胁迫强度的加剧而显著增加；高温胁迫对希蒙得木幼苗叶片过氧化物酶（POD）活性和超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响因种源不同而有所差异，Z1、Z2的POD活性随高温胁迫程度的增加而持续上升，Z3的POD活性呈先上升后降低趋势；Z1、Z3的SOD活性随高温胁迫程度的增加而持续上升，Z2的SOD活性呈先降低后上升趋势。以隶属函数法综合分析各种源希蒙得木幼苗抗高温能力的结果表明，3个种源希蒙得木幼苗的抗高温能力由强到弱依次为：Z1、Z3和Z2。结果表明，长期生长在金沙江干热河谷的Z1可能已经适应当地的生态环境，表现出好的抵御高温的能力。
获奖情况
- 1. 第一作者. 高温胁迫对不同种源希蒙得木叶片生理特性的影响. 生态学报（重要核心期刊）2011年1月录用. 2. 第一作者. 高温胁迫对希蒙得木幼苗叶片光合生理特性的影响. 四川农业大学学报（核心期刊）2011年6月录用. 3. 2011年4月，校级第七届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
鉴定结果
- 《生态学报》审稿专家意见：本文研究了高温胁迫下不同种源希蒙得木的生理光合变化，对该物种的引种驯化具有一定意义。实验设计合理、有新意，数据处理准确可靠，论点明确。
参考文献
- [1] 陈志刚, 谢宗强, 郑海水. 不同地理种源西南桦苗木的耐热性研究. 生态学报, 2003, 23(11): 2327-2332. [2] 李晓清, 李荣伟, 曹小军, 王准. 国外希蒙得木研究与我国发展对策. 西南林学院学报, 2004, 24(1): 75-78. [3] 陈胜. 闽南沿海沙质地区希蒙得木的引种. 东北林业大学学报, 2007, 35(3): 15-20. [4] 李晓清, 高捍东, 曹小军, 李荣伟, 王准, 王晓玲. 金沙干热河谷希蒙得木的光合特性. 浙江林学院学报, 2007, 24(3): 302-307. [5] 姜春明, 尹燕枰, 刘霞, 王振林. 不同耐热性小麦种旗叶膜脂过氧化和保护酶活性对花后高温胁迫的响应. 作物学报, 2007, 33(1): 143-148. [6] 张宗申, 利容千, 王建波. 外源Ca2+预处理对高温胁迫下辣椒叶片细胞膜透性和GSH, AsA含量及Ca2+分布的影响. 植物生态学报, 2001, 25(2): 230-234. [7] Arquhar G D, Sharkey T D. Stomatal conductance and photoynthesis. Annual Review of Plant Physiology, 1982, 33: 317. [8] Lai A M, Ku S B, Edwrds G E. Analysis of inhibition of photosynthesis due to water stress in the C3 species Hordeum vulgare and Vicia faba: electron transpot, CO2 fixation and carboxylation capacity. Photosynthesis Research, 1996, 49: 57-69. [9] Taiz L, Zeiger E. Plant Physiology. 2nd edition. Sunderland, Mass, USA: Sinauer Associates Press, 1998.
同类课题研究水平概述
- 全球气候变暖，引发极端气候的频繁发生，如局部地区的异常高温、干旱等，已是一个严峻的生态环境问题。高温热害严重影响植物的生长及生理代谢，成为限制植物分布、生长和生产力的一个主要环境因子。但植物在一定范围的高温环境下并不是被动地承受伤害，而是主动地调节适应。研究表明，在高温逆境下，植物一方面能通过降低蒸腾和增加体内可溶性有机物质的浓度来减缓水分缺失；另一方面通过激活体内一系列活性氧清除系统，减弱膜脂过氧化作用，保持细胞膜的稳定性。研究植物对高温逆境的响应机制将有助于采取有效的措施来抵御高温对植物的危害，并在植物的引种过程中具有一定的指导意义。 希蒙得木（Simmondsia Chinensis）为希蒙得木科希蒙得木属的多年生常绿灌木或小乔木，原产美国与墨西哥交接处的罗兰沙漠，种子含油47%—62%，被誉为“液体黄金”，是一种新兴的工业油料植物；根系发达，耐热、耐旱、耐瘠薄，被称为“沙漠克星”，是干旱、半干旱地区植被恢复和保持水土的优良树种。目前成功引种栽培希蒙得木的国家主要有阿根廷、以色列、秘鲁、澳大利亚、美国等，并进行了大规模种植和加工。自20世纪70年代末期，我国南方10多个省先后引种了希蒙得木并开展了相关研究，多见于其引种、光合特性、开发利用等，国内外关于其对高温的生理光合响应的研究还不多见。 作品“高温胁迫对希蒙得木生理生态特性的影响”结合当前的最新研究进展以及希蒙得木自身的生物学特性、生态习性以及经济价值，采用智能人工气候室模拟增温，研究不同高温处理下3个优良希蒙得木种源各项生理光合指标的变化，旨在探讨这几个优良种源对高温胁迫的响应过程及其耐受能力，为希蒙得木的选种、引种及栽培管理提供参考。 经过一年的调查、试验和比较研究，结果表明，3个种源希蒙得木为耐热性很强的植物，能在极度高温干旱的地方引种栽培，建议在高温干旱严重的地区栽培会东可河（Z1）种源，在高温危害较轻的地区栽培美国菲尼克斯（Z3）和澳大利亚肯多伯冷（Z2）种源。在我国攀西地区，应广泛发展更耐热的会东可河（Z1）种源，如果新引进的种源Z2、Z3比Z1的产量高，其他性能指标（如含油量等）更高，则可加大引种驯化的力度。
