CN105784613B - 一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 - Google Patents
一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105784613B CN105784613B CN201610128278.6A CN201610128278A CN105784613B CN 105784613 B CN105784613 B CN 105784613B CN 201610128278 A CN201610128278 A CN 201610128278A CN 105784613 B CN105784613 B CN 105784613B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reed
- soil
- rate
- phalaris
- phalaris arundinacea
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 title claims abstract description 71
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 230000004044 response Effects 0.000 title claims abstract description 29
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000036531 allelopathy Effects 0.000 title claims abstract description 13
- 241000745991 Phalaris Species 0.000 title claims abstract description 12
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 title claims abstract description 10
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 title abstract description 9
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 99
- 244000081757 Phalaris arundinacea Species 0.000 claims abstract description 67
- 150000007965 phenolic acids Chemical class 0.000 claims abstract description 30
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims abstract description 29
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims abstract description 28
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 25
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 9
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000000723 chemosensory effect Effects 0.000 claims description 27
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 claims description 18
- WSMYVTOQOOLQHP-UHFFFAOYSA-N Malondialdehyde Chemical compound O=CCC=O WSMYVTOQOOLQHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 claims description 17
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 claims description 17
- 229940118019 malondialdehyde Drugs 0.000 claims description 17
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 16
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 15
- 102000019197 Superoxide Dismutase Human genes 0.000 claims description 12
- 108010012715 Superoxide dismutase Proteins 0.000 claims description 12
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 claims description 11
- 102000016938 Catalase Human genes 0.000 claims description 10
- 108010053835 Catalase Proteins 0.000 claims description 10
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 claims description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 6
- LHGVFZTZFXWLCP-UHFFFAOYSA-N guaiacol Chemical compound COC1=CC=CC=C1O LHGVFZTZFXWLCP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 claims description 4
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 claims description 4
- 230000005068 transpiration Effects 0.000 claims description 4
- RVBUGGBMJDPOST-UHFFFAOYSA-N 2-thiobarbituric acid Chemical compound O=C1CC(=O)NC(=S)N1 RVBUGGBMJDPOST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000004737 colorimetric analysis Methods 0.000 claims description 3
- 229960001867 guaiacol Drugs 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MUUHXGOJWVMBDY-UHFFFAOYSA-L tetrazolium blue Chemical compound [Cl-].[Cl-].COC1=CC(C=2C=C(OC)C(=CC=2)[N+]=2N(N=C(N=2)C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=CC=C1[N+]1=NC(C=2C=CC=CC=2)=NN1C1=CC=CC=C1 MUUHXGOJWVMBDY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 241001480697 Chlorophyllum Species 0.000 claims 1
- 239000003627 allelochemical Substances 0.000 abstract description 14
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 abstract description 10
- 244000273256 Phragmites communis Species 0.000 abstract description 8
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 abstract description 2
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 abstract 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 18
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 18
- 241000170793 Phalaris canariensis Species 0.000 description 10
- 235000005632 Phalaris canariensis Nutrition 0.000 description 10
- 238000005202 decontamination Methods 0.000 description 8
- 230000003588 decontaminative effect Effects 0.000 description 8
- 241000894007 species Species 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 4
- JPXMTWWFLBLUCD-UHFFFAOYSA-N nitro blue tetrazolium(2+) Chemical compound COC1=CC(C=2C=C(OC)C(=CC=2)[N+]=2N(N=C(N=2)C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)[N+]([O-])=O)=CC=C1[N+]1=NC(C=2C=CC=CC=2)=NN1C1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1 JPXMTWWFLBLUCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000009048 phenolic acids Nutrition 0.000 description 3
- 241000209504 Poaceae Species 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 244000016163 Allium sibiricum Species 0.000 description 1
- 235000001270 Allium sibiricum Nutrition 0.000 description 1
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 235000005273 Canna coccinea Nutrition 0.000 description 1
- 240000008555 Canna flaccida Species 0.000 description 1
- 108010035563 Chloramphenicol O-acetyltransferase Proteins 0.000 description 1
- 101800004637 Communis Proteins 0.000 description 1
- 241000287219 Serinus canaria Species 0.000 description 1
- 244000197975 Solidago virgaurea Species 0.000 description 1
- 235000000914 Solidago virgaurea Nutrition 0.000 description 1
- 241001149258 Sporobolus alterniflorus Species 0.000 description 1
- 240000001398 Typha domingensis Species 0.000 description 1
- 241000746966 Zizania Species 0.000 description 1
- 235000002636 Zizania aquatica Nutrition 0.000 description 1
- YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N [N].[P] Chemical compound [N].[P] YUWBVKYVJWNVLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 229930013930 alkaloid Natural products 0.000 description 1
- 150000003797 alkaloid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229930002868 chlorophyll a Natural products 0.000 description 1
- 229930002869 chlorophyll b Natural products 0.000 description 1
- NSMUHPMZFPKNMZ-VBYMZDBQSA-M chlorophyll b Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C=O)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 NSMUHPMZFPKNMZ-VBYMZDBQSA-M 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010219 correlation analysis Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229930182478 glucoside Natural products 0.000 description 1
- 150000008131 glucosides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 210000000473 mesophyll cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000007540 photo-reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000012087 reference standard solution Substances 0.000 description 1
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229930000044 secondary metabolite Natural products 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000007226 seed germination Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000003238 somatosensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 150000003505 terpenes Chemical class 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
- G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
- G01N21/78—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator producing a change of colour
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
Abstract
本发明涉及一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法,属于植物生理生态学和环境科学领域。通过测定不同水分梯度环境下芦苇‑虉草共存群落中化感供体芦苇根际土壤中酚酸类化感物质总量,以及化感受体虉草的株高、鲜重、抗氧化酶系统和光合气体交换参数等生长生理指标,分析土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关关系,以及芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标随土壤含水量变化的动态响应,继而选择具有代表性指标,构建各指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程。该技术方法的应用不仅可丰富不同物种间的竞争共存理论,而且也可为人工湿地虉草‑芦苇共存群落的稳定维护提供指导。
Description
技术领域:
本发明涉及一种测试芦苇(Phargnites communis)对虉草(Phalarisarundinacea)化感效应水环境响应特性的方法,属于植物生理生态学和环境科学领域。
背景技术:
虉草芦苇同为极具竞争力的根茎类禾本科克隆植物,竞争力极强。二者在北美甚至被视为入侵种而加以控制,但在欧洲却均因极具去污能力而被广泛用以构建人工湿地植物群落。近年来,国内也已有学者以二者为优势种群,构建人工湿地或氮磷生态拦截沟渠的植物群落,去污效果尤为显著。这主要是因为目前国内人工湿地去污植物仍以芦苇、美人蕉、香蒲、水葱、茭白等为主,不仅物种较为单一,而且这些植物冬季休眠,难以实现常年持续去污。而虉草为冷季型禾草,冬季尽管生长缓慢,但仍具有较高的去污能力,与芦苇一起构建去污工程的植物群落,可实现高效去污和景观美化显著的周年互补性。
然而,鉴于虉草和芦苇各自极强的竞争能力,它们在自然生态系统中常通过抑制其他物种而演化为群落的单优种群。对于运行时间较长的去污人工湿地,芦苇和虉草被共同配置在同一片人工湿地,其结果将如何?国际水协“人工湿地污水处理”专家委员会主席、欧洲湿地科学家协会主席Jan Vymazal教授曾指出芦苇在多数情况下处于竞争优势,但有时情况却相反。近年来,本技术发明人在研究以虉草和芦苇为优势种的长江下游滨江湿地植被演替规律时发现,由远离岸边的浅滩至岸边,湿地基底高程逐渐抬升,土壤含水量随之降低,湿地植被呈现由裸滩→虉草群落→芦苇-虉草共优群落→芦苇群落的演替进程,其中芦苇-虉草共优群落在整个滨江湿地中仍占据着广大区域,两物种可维持较长时间相对稳定的竞争共存状态。事实上,这种共存状态在某些河漫边、湖边、低洼地和沼泽地亦常出现。另有研究显示,尽管湿生环境为虉草的适宜生境,但虉草又极其耐旱,在土壤绝对含水量仍较高的近岸区域本应正常生长,但却被芦苇完全替代。那么,芦苇又是通过何种生态策略与虉草由起始共存至最终替代呢?
众所周知,芦苇是一种典型的强化感植物,强度之大可从其对一枝黄花和互花米草等入侵植物竟具有明显的化感抑制效应得到体现。因此,对其他植物的化感抑制效应已成为其主要竞争手段之一。有研究表明,芦苇的组织浸提液和枯落腐解物对虉草种子萌发和植株生长确实存在明显的化感抑制效应。那么,虉草和芦苇为何又能在长江下游滨江湿地维持较大范围、且较长时间的竞争共存状态呢?这就需要从化感效应本身具有明显的环境响应特性行分析,即化感植物所处的环境因子可影响乃至决定化感效应的强弱。在长江下游滨江湿地,随着湿地基底的抬升,植被演替序列更迭,环境因子中土壤水分因子变化最为显著,芦苇化感效应必对水环境因子作出显著的响应特性。鉴于化感水环境响应特性主要表现为“随着土壤水分含量降低,化感抑制效应逐渐增强”。因此,滨江湿地芦苇与虉草由起始共存至最终替代的演替过程,定是源于“芦苇的化感抑制效应随基底土壤水分降低而逐步增强”这一化感效应的水环境响应特性。其中必存在某一特定的土壤水分梯度范围,虉草和芦苇因处于竞争平衡状态而维持着较为稳定的共存格局。本技术方法提供的测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法则是确定这一特定土壤水分梯度范围的前提。因此,本技术方法不仅可丰富不同物种间的竞争共存理论,而且还可指导虉草芦苇人工湿地植物群落的稳定维护,理论意义和实践应用价值巨大。
发明内容:
技术问题:通过测量分析不同水分梯度环境下芦苇-虉草共存群落中芦苇根际土壤中化感物质数量及其对虉草的诸多抑制效应,测试芦苇对虉草化感效应的水环境响应特性。该发明将为不同物种间的竞争共存理论的丰富和人工湿地虉草芦苇共存群落的稳定维护提供技术方法。
技术方案:为实现以上目的,本发明一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法,按照下述步骤进行:
(1)测试样地的选择
于长江下游滨江湿地选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域,由滩至岸方向自下而上每隔一定距离设置一样地,面积1m2,累计设置样地4-5个。由于随着湿地基底平缓抬升,土壤水分含量逐渐下降,于是自下而上便构成了具有一定土壤水分梯度的各类样地,每一样地对应某一特定土壤水分含量。设置的样地距离恰当,过小,土壤水分梯度范围将过窄,土壤水分含量对化感效用的影响难以区分;过大,除土壤水分因子外的其他环境因子差异将会加大,势必也会影响化感效用。理想的样地间距应该是在确保其他环境因子差异最小化的前提下,力争扩大样地间的水分梯度范围。本技术方法提供的土壤水分梯度范围为70%-100%的土壤相对含水量,此范围基本涵盖一般湿地土壤含水范围。
(2)测定指标选择
测定指标主要包括化感供体释放的化感物质成分、化感受体的诸多生长生理指标和不同样地的土壤含水量。
化感供体释放的化感物质:化感物质多为植物向环境释放的一些次生代谢产物,主要包括酚酸类、萜类以及糖苷和生物碱等物质,而研究表明芦苇的化感物质以酚酸类物质为主,其中,芦苇根际土壤中酚酸物质主要来自芦苇根系分泌、枯落物腐解释放和活体组织淋溶等途径进入土壤。因此,本技术方法化感物质指标选择芦苇根际土壤中的总酚酸含量。
化感受体生长和生理指标:受体的植株高度和生物量是判断化感抑制效应最明显指标;受体的生理指标包括净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)等光合气体交换参数;叶绿素含量;超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量。其中,
Pn表示光合产物合成量抵消呼吸消耗量后的净合成量;Cond表示叶片气孔的开闭程度;Ci表示叶片细胞间隙内CO2的浓度大小,一方面反映气孔的开闭程度,另一方面反映叶片叶肉细胞光合能力的大小;Tr表示叶片蒸腾失水的速率。当植物承受逆境胁迫时,Pn、Cond、Tr和叶绿素含量常随胁迫程度加重呈逐渐降低趋势,而Ci则呈既可能增加也可能减小的变化趋势。
SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性通常随植物承受的胁迫程度的增强呈现先升高后降低的趋势,而MDA含量则常随胁迫程度的增强持续升高。
(3)指标测定
各指标的测定选择在4月底5月初进行,此时虉草处于生长中后期,而芦苇处于生长旺盛期,二者的生态位重叠最高,竞争也最为强烈。
株高和生物量测定首先在每个样地筛选一定株数长势均匀的虉草,测其株高后收割地上部分称其鲜重,然后分别取均值。这样便得到不同水分梯度下生长的虉草株高和地上部分生物量。
光合气体交换参数测定利用美国Ci-COR公司生产的Li-6400便携式光合作用系统,选择晴朗天气上午,测试环境中的大气CO2浓度和空气湿度依照自然环境下状况,温度和光照强度由便携式光合作用系统设置,具体数值以被测试植物的适宜生长条件确定。在每个样地筛选3-5株数长势均匀的虉草,对其旗叶分别测定Pn、Cond、Ci和Tr等相关指标,每个叶片3次重复取值,最后分别取均值。
抗氧化酶保护系统和叶绿素含量同样于每一个样地筛选3-5株数长势均匀的虉草,测定其旗叶抗氧化酶保护系统各指标和叶绿素含量,其中,SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性分别采用氮蓝四唑(NBT)法、紫外吸收法和硫代巴比妥酸法测定,而MDA含量则采用愈创木酚法测定;叶绿素含量的测定采用丙酮法。
以上生长生理指标测定结束后,于每一个样地芦苇根下挖取一定量的根际土壤,测定其土壤的相对含水量后,采用磷钼酸-磷钨酸盐比色法测定芦苇根际土壤中化感物质总酚酸含量,从而得出不同水分梯度环境下芦苇根际土壤化感物质总酚酸的含量。
(4)化感效应水环境响应分析
分析随着土壤水分含量降低,虉草株高和地上部分生物量等生长指标以及叶片内叶绿素含量、Pn、Cond、Ci、Tr、SOD、CAT、POD和MDA等生理指标的变化趋势和变化量,从而明确化感抑制效应的水环境响应特征;分析随着土壤水分含量降低,芦苇根际土壤中总酚酸含量的变化趋势和变化量,从而明确化感物质释放的水环境响应特征;分析不同土壤水分含量、化感物质根际土壤总酚酸量以及反映化感抑制效应的虉草系列生长生理指标间的相关关系。
筛选具有代表性指标,其主要特征为既与土壤含水量和化感供体化感物质释放量均显著相关,又能从本质上反映化感受体受抑制状态,且有理想方程将其与土壤含水量进行拟合的各指标,构建这些指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程。譬如,选择指标虉草地上部分生物量,该指标与土壤含水量极显著相关(r=0.9706**),与芦苇根际土壤中的总酚酸含量也显著相关(r=-0.9492*),地上部分生物量随土壤含水量下降而下降的趋势可很好反映出虉草承受的抑制状态,选用理想方程拟合二者下降趋势,结果发现,S型曲线方程:Y=-0.3306+19.1663/{1+exp[-(X-11.2494)/2.5557]}拟合效果理想(R2=0.9931),式中X为样地土壤水分下降率,Y为虉草地上部分生物量下降率。
另如虉草净光合速率指标,该指标与土壤含水量和芦苇根际总酚酸含量均极显著相关(r分别为0.9901**和-0.9938**),叶片净光合速率随土壤含水量下降而下降的趋势也可很好反映出虉草所承受的抑制状态,选用理想方程拟合二者下降趋势,结果发现,一元三次方程:Y=-0.0036X3+0.1632X2-0.0552X-0.2278拟合效果理想(R2=0.9978),式中X为样地土壤水分下降率,Y为虉草叶片净光合速率下降率。
综上所述,本发明的有益效果:
本发明不仅可测算芦苇对虉草系列生长生理指标化感抑制效应的水环境响应特性,而且可进一步溯源,测算出芦苇根际土壤中化感抑制物质总酚酸释放量的水环境响应特性,并明确不同土壤含水量、化感物质根际土壤总酚酸量以及反映化感抑制效应的虉草系列生长生理指标间的相关关系,继而构建了具有代表性指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程,化感效应的水环境响应特性得以完美揭示。
芦苇对虉草化感抑制效应的水环境响应测试方法的利用,既可以丰富不同物种间竞争共存理论,又可为人工湿地芦苇和虉草群落稳定共存提供技术指导,从而有效地实现该类湿地周年高效去污和景观美化的互补性。
附图说明
图1芦苇根际土壤总酚酸上升率随样地土壤水分下降率变化趋势;拟合方程:Y=0.0716X2+1.0451X-0.9904;判定系数:R2=0.9977。
图2虉草株高下降率随样地土壤水分下降率变化趋势;拟合方程:Y=0.0237X2+0.2975X+0.2366,判定系数:R2=0.9981。
图3虉草地上部分生物量下降率随样地土壤水分下降率变化趋势;拟合方程:Y=-0.3306+19.1663/{1+exp[-(X-11.2494)/2.5557]},判定系数:R2=0.9931。
图4虉草叶绿素含量下降率随样地土壤水分下降率变化趋势;拟合方程:Y=-0.5869+47.0172/{1+exp[-(X-14.7260)/3.1219]},判定系数:R2=0.9999。
图5虉草净光合速率下降率随样地土壤水分下降率变化趋势;拟合方程:Y=-0.0036X3+0.1632X2-0.0552X-0.2278,判定系数:R2=0.9978。
图6虉草叶片内丙二醛含量上升率随样地土壤水分下降率变化趋势,拟合方程:Y=-0.0056X3+0.2794X2-0.2391X-0.3835,判定系数:R2=0.9982。
具体实施方式
实施地点位于长江下游沿江城市镇江市滨江湿地,该区域属于季风气候,四季分明,气候温暖湿润,年均气温15.4℃,年均降水量1074.0mm。滨江湿地是由长江江水携带泥沙常年淤积形成。由远离岸边的浅滩至岸边,湿地基底高程逐渐抬升,植被呈现由裸滩→虉草群落→芦苇-虉草共优群落→芦苇群落的演替进程,本技术方法的实施地点设置在芦苇-虉草共优群落内。具体步骤为:
1、样地选择
时间为2013年11月3日,选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域,由滩至岸方向自下而上每隔2m的坡长设一面积为1m2样地,样地数5块,分别计为S1、S2、S3、S4和S5,分别代表不同的5个土壤水分梯度样地。在样地确定至次年测量或测试期间,定期进行人工看管,防止样地遭到破坏。
2、指标测定
2014年4月27日上午9:00-10:30,于每块样地选择5株长势均匀的虉草,利用Li-6400便携式光合作用系统,分别测定每株旗叶光合气体交换参数。首先开启机器,将旗叶夹入叶室中,Pn、Cond、Ci和Tr等数据稳定显示后,由仪器记录保存,每张叶片三次取值,然后对5株取均值。测试环境中的大气CO2浓度和空气湿度依照自然环境下状况未作设置,仪器设置的测量温度和光照强度分别为25℃和1200μmolm-2s-1。以上测试结果表1所示:
表1不同水分梯度下虉草叶片的光合气体交换参数
4月29日上午,于每块样地选取一定数量长势均匀的虉草,采摘其旗叶后置于保鲜袋内保存至生化实验室,分别测量其叶绿素含量和抗氧化酶活性及丙二醛的含量。其中,
叶绿素含量利用丙酮法测定,其浓度为测得的叶绿素a和叶绿素b的浓度之和;SOD活性采用氮蓝四唑法测定,活性单位以抑制NBT光还原的50%为一个酶活单位表示,SOD总活性以鲜重酶单位每克表示(Ug-1);CAT酶活性采用紫外吸收法测定,以每分钟OD变化0.01定义为1个活力单位,单位以鲜重单位每克每分钟(Ug-1min-1)表示;POD酶活性采用愈创木酚法测定,以每分钟OD470增加0.01定义为1活力单位,活性以鲜重单位每克每分钟(Ug-1min-1)表示;丙二醛含量(nmol g-1FW)采用硫代巴比妥酸法测定。以上各指标每块样地5次取样,作5次重复,后取均值。其结果如表2所示:
表2不同水分梯度下虉草叶片的叶绿素含量和抗氧化酶系统指标
4月30日,于每块样地选取20株长势均匀的虉草植株,测量其株高后,刈割地上部分并称量其鲜重。然后,挖取与相应虉草共存芦苇的根际土壤,放入保鲜袋后带回生化实验室,部分立即用烘干法测量其土壤相对含水量,用以表示不同样地的土壤含水量;其他部分于5月初采用磷钼酸-磷钨酸盐比色法测定土壤总酚酸含量,其过程包括制备待测液及对照品标准溶液、确定测定波长、制作标准曲线和测定样品数据四个步骤,从而根据待测样吸光度计算出总酚酸含量。所测定结果如表3所示:
表3不同样地下土壤水分、总酚酸含量及虉草株高和地上部分鲜重
3、化感效应水环境响应分析
首先,进行土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关关系分析,其结果(表4)显示,样地土壤含水量与除抗氧化酶中的SOD、POD和CAT三指标外的其他指标均极显著相关(正或负),与以上三指标相关性较低是由于它们均随着土壤含水量的降低呈先增后减的变化趋势。这表明本技术方法中选取的多数指标均能较好地表征化感抑制效应。
表4土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关性分析
R.05=0.8780,R.01=0.9590,**、*分别表示极显著和显著相关。
样地S1土壤相对含水量达到近乎最大值,即100%,这将利于本技术方法以S1样地土壤含水量为基准,计算其他各样地土壤含水量的下降率,继而再以S1样地芦苇土壤根际中总酚酸量和虉草各生长生理指标为基准,计算其他各样地相应指标的上升/下降率。以上结果将表达出芦苇根际总酚酸和虉草生长生理指标随样地土壤含水量变化的动态响应(表4),这一动态响应表明随着土壤水分含量的降低,虉草承受的化感抑制胁迫愈为明显。
表4芦苇根际总酚酸和虉草生长生理指标随样地土壤含水量变化的动态响应
鉴于本技术方法是测试芦苇对虉草化感效应的水环境响应特性,结合不同指标间相关性大小,本方法选择具有代表性的土壤中总酚酸含量、虉草的株高、地上部分生物量、叶绿素含量、净光合速率和丙二醛含量等指标,分别以其上升率或下降率为因变量(Y),以土壤含水量的下降率为自变量(X),构建化感抑制效应水环境响应特性最佳拟合方程,拟合结果如图1-6所示。
经由判别系数判定,芦苇根际土壤总酚酸含量的上升率(Y)和虉草株高下降率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y=aX2+bx+c方程拟合。其中,对于土壤总酚酸,式中a=0.0716,b=1.0451,c=-0.9904;对于虉草株高,式中a=0.0237,b=0.2975,c=0.2366。
芦苇地上部分生物量的下降率(Y)和虉草叶绿素下降率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y=a0+a1/{1+exp[-(X-a2)/a3]}的S型曲线方程拟合。其中,对于地上部分生物量,式中a0=-0.3306,a1=19.1663,a2=11.2494,a3=2.5557;对于叶绿素,式中a0=-0.5869,a1=47.0172,a2=14.7260,a3=3.1219。
虉草净光合速率的下降率(Y)和虉草丙二醛的上升率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y=aX3+bX2+Cx+d方程拟合。其中,对于净光合速率,式中a=-0.3306,b=0.1632,c=-0.0552,d=-0.2278;对于丙二醛,式中a=-0.0056,b=0.2794,c=-0.2391,d=-0.3835。
Claims (3)
1.一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法,其特征在于按照下述步骤进行:
(1)样地选择
于滨江湿地选择基底平缓抬升的虉草芦苇共存区域,由滩至岸方向自下而上每隔一定距离设一样地,面积1m2,累计设置样地4-5个,于是便构成了具有一定土壤水分梯度的各类样地,从而便于本技术方法的实施;理想的样地间距应该是在确保其他环境因子差异最小化的前提下,力争扩大样地间的水分梯度范围;
(2)指标选择和测定
化感受体虉草生长生理指标为光合气体交换参数:株高、地上部分生物量、叶绿素含量、净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr);抗氧化酶及丙二醛(MDA)含量为:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD);其中,叶绿素含量的测定采用丙酮法,光合气体交换参数:净光合速率(Pn)、气孔导度(Cond)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)利用Li-6400便携式光合作用系统测定,抗氧化酶的活性:超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)分别采用氮蓝四唑(NBT)法、紫外吸收法和硫代巴比妥酸法测定,而丙二醛 (MDA) 含量则采用愈创木酚法测定;化感供体芦苇根际土壤总酚酸含量测定采用磷钼酸-磷钨酸盐比色法测定;样地土壤含水量根据称重法测其相对含水量;
以上测试时间为于4月底5月初虉草处于生长中后期,而芦苇处于生长旺盛期进行,此时二者的生态位重叠最高,竞争也最为强烈;
(3)化感效应水环境响应分析
分析土壤含水量、芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标间的相关关系;分析芦苇根际土壤总酚酸量和虉草生长生理指标随土壤含水量变化的动态响应,构建具有代表性指标随土壤含水量下降而升/降变化的拟合方程。
2.根据权利要求1所述的一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法,其特征在于所述的具有代表性指标为既与土壤含水量极显著相关,又能从本质上反映化感供体化感物质释放量和化感受体受抑制状态,且能用方程很好拟合的各指标。
3.根据权利要求1所述的一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法,其特征在于所述的拟合方程分别为:
芦苇根际土壤总酚酸含量的上升率(Y)和虉草株高下降率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y=aX2+b X +c方程拟合;其中,对于土壤总酚酸,式中a=0.0716,b=1.0451,c=-0.9904;对于虉草株高,式中a=0.0237,b=0.2975,c=0.2366;
虉草地上部分生物量的下降率(Y)和虉草叶绿素下降率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y = a0+a1/{1+exp[-(X-a2)/a3]} 的S型曲线方程拟合;其中,对于地上部分生物量,式中a0=-0.3306, a1=19.1663, a2=11.2494, a3=2.5557;对于叶绿素,式中a0=-0.5869, a1=47.0172, a2=14.7260, a3=3.1219;
虉草净光合速率的下降率(Y)和虉草丙二醛的上升率(Y)与样地土壤水分的下降率(X)之间的关系均可用Y=aX3+bX2+C X +d方程拟合;其中,对于净光合速率,式中a=-0.3306, b=0.1632, c=-0.0552, d=-0.2278;对于丙二醛,式中a=-0.0056, b=0.2794, c=-0.2391, d=-0.3835。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610128278.6A CN105784613B (zh) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | 一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610128278.6A CN105784613B (zh) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | 一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105784613A CN105784613A (zh) | 2016-07-20 |
CN105784613B true CN105784613B (zh) | 2018-10-09 |
Family
ID=56387182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610128278.6A Expired - Fee Related CN105784613B (zh) | 2016-03-07 | 2016-03-07 | 一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105784613B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107328908B (zh) * | 2017-06-09 | 2019-12-03 | 江苏大学 | 一种芦苇虉草群落中两物种互补利用土壤养分的确定方法 |
CN110736811A (zh) * | 2019-11-19 | 2020-01-31 | 上海应用技术大学 | 矮牵牛PhERF2转基因株系及其野生型的耐涝性鉴定方法 |
GB2604713A (en) | 2020-11-13 | 2022-09-14 | Univ Jiangsu | Allelochemical inhibition mechanism verification method based on eco-stoichiometric equilibrium interference |
CN112485370B (zh) * | 2020-11-13 | 2021-11-23 | 江苏大学 | 基于生态化学计量平衡干扰的化感抑制机制的验证方法 |
CN113640433A (zh) * | 2021-10-14 | 2021-11-12 | 北京市农林科学院 | 能源草的化感物质提取及其对杂草抑制作用的确定方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101002575A (zh) * | 2006-12-26 | 2007-07-25 | 南京大学 | 一种芦苇化感物质生产方法及其在控制互花米草中的应用 |
-
2016
- 2016-03-07 CN CN201610128278.6A patent/CN105784613B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101002575A (zh) * | 2006-12-26 | 2007-07-25 | 南京大学 | 一种芦苇化感物质生产方法及其在控制互花米草中的应用 |
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
Mechanism of the plant community succession process in the Zhenjiang Waterfront Wetland;Weiguo Fu;《Plant Ecol》;20110831;第1339-1347页 * |
芦苇浸提液对虉草种子萌发及幼苗生长生理特性的影响;付为国;《广西植物》;20130228;第154-158页 * |
镇江内江河漫滩草地植物群落演替过程中优势种间的竞争特性;付为国;《中国草地学报》;20061130;第24-27页 * |
镇江滨江湿地芦苇腐解物化感作用对虉草生长指标的影响;付为国;《湿地科学》;20150228;第118-123页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105784613A (zh) | 2016-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105784613B (zh) | 一种测试芦苇对虉草化感效应水环境响应特性的方法 | |
Bhusal et al. | Responses to drought stress in Prunus sargentii and Larix kaempferi seedlings using morphological and physiological parameters | |
Gong et al. | Tolerance vs. avoidance: two strategies of soybean (Glycine max) seedlings in response to shade in intercropping | |
Zhao et al. | Effects of saline-alkaline stress on seed germination and seedling growth of Sorghum bicolor (L.) Moench | |
Zhai et al. | Morphological, structural and physiological differences in heteromorphic leaves of Euphrates poplar during development stages and at crown scales | |
Xia et al. | Critical effects of gas exchange parameters in Tamarix chinensis Lour on soil water and its relevant environmental factors on a shell ridge island in China's Yellow River Delta | |
Liao et al. | Sexually differential tolerance to water deficiency of Salix paraplesia—A female‐biased alpine willow | |
Pandey et al. | Higher than optimum temperature under CO2 enrichment influences stomata anatomical characters in rose (Rosa hybrida) | |
Chai et al. | Eco-physiological basis of shade adaptation of Camellia nitidissima, a rare and endangered forest understory plant of Southeast Asia | |
Gao et al. | The influence of leaf removal on tuber yield and fuel characteristics of Helianthus tuberosus L. in a semi-arid area | |
Rhizopoulou et al. | Field water relations ofCapparis spinosaL. | |
Muraoka et al. | Effects of light and soil water availability on leaf photosynthesis and growth of Arisaema heterophyllum, a riparian forest understorey plant | |
Wu et al. | Differences in Leaf Functional Traits between Simple and Compound Leaves of Canavalia maritime. | |
Pandey et al. | Leaf anatomy and photosynthetic acclimation in Valeriana jatamansi L. grown under high and low irradiance | |
KAO et al. | A Comparative Study ofMiscanthus floridulus (Labill) Warb andM. transmorrisonensisHayata: Photosynthetic Gas Exchange, Leaf Characteristics and Growth in Controlled Environments | |
Flores et al. | Morphological and Leaf Anatomical Characteristics of Different Variants of Narra (Pterocarpus indicus Willd.) Seedlings. | |
Gong et al. | Comparison of the performance of several hybrid poplar clones and their potential suitability for use in northern China | |
Yang et al. | Trade-offs between growth and survival of non-pioneer light-demanding tree seedlings in tropical forest of Hainan Island, China | |
Portes et al. | Evidence of higher photosynthetic plasticity in the early successional Guazuma ulmifolia Lam. compared to the late successional Hymenaea courbaril L. grown in contrasting light environments | |
Akhter et al. | Comparative water-use efficiency of Sporobolus arabicus and Leptochloa fusca and its relation with carbon-isotope discrimination under semi-arid conditions | |
Sun et al. | Comparison of leaf morphological, anatomical, and photosynthetic responses to drought stress among eight apple rootstocks | |
Stamp et al. | Effect of competition on plant allometry and defense | |
Aslantaş et al. | The effects of altitude on stomata number and some vegetative growth parameters of some apple cultivars | |
Wang et al. | Physiological Response of Vitis Amurensis Rupr. Seedlings to Drought Stress and Re-watering | |
Tang et al. | Effects of microsite light availability on the survival and growth of oak seedlings within a grassland |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20181009 Termination date: 20200307 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |