喀斯特石漠化地区植物对干旱胁迫的适应性研究进展

编号 lyqk008258

中文标题 喀斯特石漠化地区植物对干旱胁迫的适应性研究进展

作者 闵小莹  熊康宁  申小云  杭红涛  池永宽  张仕豪 

作者单位 1. 贵州师范大学喀斯特研究院, 贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地, 贵阳 550001;
2. 西南科技大学生命科学与工程学院, 四川绵阳 621010;
3. 中国西南世界银行扶贫项目贵州办公室, 贵阳 550004

期刊名称 世界林业研究 

年份 2020 

卷号 33

期号 3

栏目编号 1

栏目名称 专题论述 

中文摘要 喀斯特石漠化地区复杂的人类活动和特殊的地上与地下二元结构水文系统以及碳酸岩丰富的节理裂隙导致了土壤水分渗漏强烈，地表干旱缺水，临时性干旱严重，使该区植物普遍遭受干旱胁迫，影响植物的生长与发育。文中通过综述干旱胁迫对喀斯特地区植物的影响，从植物形态特征、光合作用、渗透调节物质和抗氧化酶系统等方面分析植物应对干旱胁迫的机理机制，得出喀斯特地区植物一般具有发达的叶片表皮毛、较厚的角质层、强壮发达的根系特征并通过叶片的气孔调节应对干旱。此外，植物体通过积累脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质，增强抗氧化酶系统的活性来抗旱。提出通过抗旱锻炼、矿质肥料、化学和微生物调控以及抗旱品种的选育等途径来提高植物的抗旱性。建议今后的研究应加强模拟实验与野外验证实验相结合、分析植物对多种逆境的交叉响应，综合分析生长生理生态基因等特征，建立符合当地植物的抗旱评价体系，以及研究喀斯特和非喀斯特环境中植物对干旱胁迫适应的差异性来分析植物对干旱胁迫适应的机理机制，以期为深入研究喀斯特石漠化地区植物的抗旱性能提供参考，并为植被恢复及物种选择提供支持。

关键词 干旱胁迫  植物抗旱性  生态适应性  喀斯特石漠化地区 

基金项目 国家自然基金项目“普氏原羚对环境硒胁迫的响应机制”（41671041）；国家“十三五”重点研发计划课题“喀斯特高原石漠化综合治理生态产业模式与技术集成示范”（2016YFC0502607）；贵州省科技计划项目（课题）“喀斯特石漠化石生耐旱草本植物的适生机理及在生态修复中的应用

英文标题 Research Progress of Plant Adaptability to Drought Stress in Karst Rocky Desertification Area

作者英文名 Min Xiaoying, Xiong Kangning, Shen Xiaoyun, Hang Hongtao, Chi Yongkuan, Zhang Shihao

单位英文名 1. School of Karst Science, Guizhou Normal University; State Key Laboratory Nomination for Karst Mountain Ecology Environment of Guizhou Province, Guiyang 550001, China;
2. School of Life Science and Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, Sichuan, China;
3. Guizhou Office, World Bank Poverty Alleviation Project, Guiyang 550004, China

英文摘要 The complex human activities, special dual aboveground and underground structure hydrological system and the rich joints and fissures with carbonatite in karst rocky desertification area lead to the strong soil water leakage, the dry surface due to water shortage, and the serious temporary drought, which in turn makes the plants in this area generally suffer from drought stress and thus affects the growth and development of plants. This paper reviews the effects of drought stress on plants in karst area, and analyzes the mechanism of plant response to drought stress in terms of plant morphological characteristics, photosynthesis, osmoregulation substances and antioxidant enzyme system. It is concluded that the plants in karst area are generally characterized by developed leaf epidermis, thick cuticle, strong and developed root system, and drought resistance through the stomatal regulation of leaves. In addition, the plants can resist drought by accumulating proline, soluble sugar and other osmoregulation substances and enhancing the activity of antioxidant enzyme system. It is then proposed to improve the drought resistance of plants by means of drought resistance training, mineral fertilizer, chemical and microbial regulation and selection of drought resistant varieties. It is suggested that the future research in this regard should strengthen the combination of simulation experiment and field verification experiment, analyze the cross response of plants to various adversities, comprehensively analyze the characteristics of growth physiological and ecological genes, establish the evaluation system of plant drought resistance in line with the specific condition of regions, and describe the mechanism of plant adaptation to drought stress by studying the differences of plants in their adaptation to drought stress in karst and non-karst environments, in order to provide the references for further study of drought resistance of plants in karst rocky desertification area, and also the theoretical support for vegetation restoration and species selection there.

英文关键词 drought stress;plant drought resistance;ecological adaptability;karst rocky desertification area

起始页码 7

截止页码 12

投稿时间 2020/1/15

最后修改时间 2020/3/17

作者简介 闵小莹,女,汉族,江西都昌人,在读硕士研究生,主要研究方向为喀斯特生态建设与区域经济,E-mail:961660417@qq.com。

通讯作者介绍 申小云,男,汉族,湖南邵东人,教授,博士生导师,主要研究方向为草地生态学和恢复生态学,E-mail:bijieshenxy@163.com。

E-mail 申小云，bijieshenxy@163.com

分类号 S718.43

DOI 10.13348/j.cnki.sjlyyj.2020.0026.y

参考文献 [1] 卢耀如.地质—生态环境的可持续发展:中国西南及临近喀斯特地区发展途径[M]. 南京:河海大学出版社，2003.
[2] 熊康宁，朱大运，彭韬，等.喀斯特高原石漠化综合治理生态产业技术与示范研究[J]. 生态学报,2016,36(22):7109-7113.
[3] 熊康宁，黎平，周忠发，等.喀斯特石漠化的遥感—GIS典型研究:以贵州省为例[M]. 北京:地质出版社:2002:17-18.
[4] 曹建华，袁道先，童立强.中国西南岩溶生态系统特征与石漠化综合治理对策[J]. 草业科学，2008(9):40-50.
[5] 袁道先.对南方岩溶石山地区地下水资源及生态环境地质调查的一些意见[J]. 中国岩溶,2000(2):2-7.
[6] 杜雪莲，王世杰.喀斯特高原区土壤水分的时空变异分析:以贵州清镇王家寨小流域为例[J]. 地球与环境，2008(3):193-201.
[7] 王丁，姚健，杨雪，等.干旱胁迫条件下6种喀斯特主要造林树种苗木叶片水势及吸水潜能变化[J]. 生态学报，2011，31(8):2216-2226.
[8] 张中峰，黄玉清，尤业明，等.岩溶干旱胁迫下青冈栎水分参数变化[J]. 生态学杂志，2011，30(4):664-669.
[9] 林艳华，梁千慧，刘锦春.喀斯特地区适生树种复羽叶栾树幼苗对干旱胁迫下异质生境的生长和光合响应[J]. 西南大学学报(自然科学版)，2019，41(8):20-26.
[10] 王丁，姚健，薛建辉.土壤干旱胁迫对樟树[Cinnamomum camphora (L.) Presl] 苗木水力结构特征的影响[J]. 生态学报，2009，29(5):2725-2731.
[11] 庞世龙，欧芷阳，申文辉，等.干旱胁迫对蚬木幼苗表型可塑性的影响[J]. 中南林业科技大学学报，2017，37(5):21-25.
[12] 欧芷阳，庞世龙，蒙芳，等.模拟喀斯特生境土壤干旱胁迫对蚬木苗木的影响[J]. 东北林业大学学报，2017，45(12):16-21.
[13] 王帅.贵州喀斯特生态脆弱区圆果化香生理生态特性研究[D]. 贵阳:贵州师范大学，2019.
[14] 韩博，李志勇，郭浩，等.干旱胁迫下5种幼苗光合特性的研究[J]. 林业科学研究，2014，27(1):92-98.
[15] 刘锦春，钟章成，何跃军.干旱胁迫及复水对喀斯特地区柏木幼苗活性氧清除系统的影响[J]. 应用生态学报，2011，22(11):2836-2840.
[16] 陈莹，李龙兴，赵丽丽.干旱胁迫对喀斯特地区适生灌木种子萌发的影响[J]. 贵州农业科学，2015，43(6):44-47, 52.
[17] 牛素贞，宋勤飞，樊卫国，等.干旱胁迫对喀斯特地区野生茶树幼苗生理特性及根系生长的影响[J]. 生态学报，2017，37(21):7333-7341.
[18] 王晓丽，徐志鸿，韦文长，等.干旱胁迫对云南松苗木生长及碳酸酐酶的影响[J]. 山东农业大学学报(自然科学版)，2019，50(1):6-11.
[19] 刘成名，熊康宁，苏孝良，等.干旱胁迫对石漠化地区3种乡土草种光合作用的影响[J]. 四川农业大学学报，2014，32(4):382-387.
[20] 吴俊文，刘珊，李吉跃，等.干旱胁迫下广东石漠化地区造林树种光合和耗水特性[J]. 生态学报，2016，36 (11):3429-3440.
[21] 任菲宏，仲伟敏，张文娥，等.喀斯特山区野生葡萄幼苗的抗旱性评价[J]. 西北农林科技大学学报(自然科学版)，2019，47(1):98-106.
[22] 欧芷阳，曹艳云，谭长强，等.干旱胁迫对喀斯特生境蚬木幼苗光合特性及抗性生理的影响[J]. 生态学杂志，2018，37(11):3270-3276.
[23] LUIS M，JOSE L Q，ZAORA R，et al.Evidence for plant traits driving specific drought resistance: a community field experiment[J]. Environmental and Experimental Botany，2012，81(3):55-61.
[24] 吴沿友.喀斯特适生植物固碳增汇策略[J]. 中国岩溶，2011，30 (4): 461-465.
[25] 杭红涛，吴沿友，邢德科，等.贵州玉舍国家森林公园三种造林植物光合生理特征研究[J]. 广西植物，2018，38(1):36-47.
[26] 张建国，李吉跃，沈国舫，等.树木耐旱特性及其机理研究[M]. 北京:中国林业出版社，2000.
[27] 容丽，王世杰，刘宁，等.喀斯特山区先锋植物叶片解剖特征及其生态适应性评价: 以贵州花江峡谷区为例[J]. 山地学报，2005(1):35-42.
[28] 容丽，王世杰，杜雪莲，等.喀斯特峡谷石漠化区6种常见植物叶片解剖结构与δ¹³C值的相关性[J]. 林业科学，2008，44(10):29-34.
[29] DUBOS C， STRACKE R， GROTEWOLD E， et al.MYB transcription factors in Arabidopsis[J]. Trends in Plant Science，2010，15(10):573-581.
[30] 邓晓琪，王世杰，容丽.喀斯特区专属植物水分来源研究[J]. 地球与环境，2012，40(2):154-160.
[31] 周茂松.喀斯特地区植物抗旱机理研究进展[J]. 现代农业科技，2017(14):4-6, 9.
[32] LIU C C，LIU Y G，GUO K，et al.Erratum to:exploitation of patchy soil water resources by the clonal vinc Ficus tikouain karst habitats in southwestern China[J]. Acta Physiologiae Plantarum，2011，33(1): 93-102.
[33] HUANG B， FRY J D.Root anatomical，physiological，and morphologi-cal responses to drought stress for tall fescue cultivars[J]. Crop Science，1998，38(1):1017-1022.
[34] 刘锦春，钟章成.水分胁迫和复水对石灰岩地区柏木幼苗根系生长的影响[J]. 生态学报，2009，29(12):6439-6445.
[35] 倪隆康，顾大形，何文，等.岩溶区植物生态适应性研究进展[J]. 生态学杂志，2019，38(7):2210-2217.
[36] SAPETA H，COSTA J M，LOURENCO T，et al.Drought stress response in Jatropha curcas:growth and physiology[J]. Environmental and Experimental Botany，2013，85:76-84.
[37] PERE-MARTIN A，MICHELAZZO C，TORRES RUIZ J M，et al.Regulation of photosynthesis and stomatal and mesophyll conductance under water stress and recovery in olive trees:correlation with gene expression of carbonic anhydrase and aquaporins[J]. Journal of Experimental Botany，2014，65:3143-3156.
[38] WANG R，WU Y Y，XING D K，et al.Biomass production of three biofuel energy plants’use of a new carbon resource by carbonic anhydrase in simulated karst soils:mechanism and capacity[J]. Energies，2017，10:1370-1383.
[39] 杭红涛，吴沿友，张开艳，等.模拟喀斯特不同土壤生境胁迫对刺槐幼苗光合特性及干物质分配的影响[J]. 生态学杂志，2019，38(9):2648-2654.
[40] 刘锦春，钟章成，何跃军.水分胁迫对重庆石灰岩地区不同龄级柏木(Cupressus funebris Endl.)幼苗气体交换的影响[J]. 生态学报，2007(9):3601-3608.
[41] 蒙芳，曹艳云，欧芷阳，等.干旱胁迫对蚬木幼苗生长及光合特征的影响[J]. 广西林业科学，2017，46(2):186-191.
[42] 朱宏光，刘正富，苏建苗，等.广西北热带岩溶区蚬木幼苗的光合与蒸腾特性[J]. 安徽农业科学，2011，39(12):7147-7149.
[43] MAN D， BAO Y X， HAN L B.Drought tolerance associated with proline and hormone metabolism in two tall fescue cultivars[J]. Hortscience: A Publication of the American Society for Horticultural Science，2011，46(7):1027-1032.
[44] 吴金山，张景欢，李瑞杰，等.植物对干旱胁迫的生理机制及适应性研究进展[J]. 山西农业大学学报(自然科学版)，2017，37(6):452-456.
[45] LUM S，HANAFI M M，RAFII Y M，et al.Effect of drought stress on growth，proline and antioxidant enzyme activities of upland rice[J]. The Journal of Animal and Plant Sciences，2014，24(5):1487-1493.
[46] 代英超，徐奎源，马凯，等.珍稀濒危植物堇叶紫金牛对持续干旱的生理响应[J]. 生态学报，2015，35(9):2954-2959.
[47] NOHONG B.Effect of water stress on growth， yield， proline and soluble sugars contents of signal grass and napier grass species[J]. American-Eurasian Journal of Sustainable Agriculture，2015，9:14-21.
[48] 龚萍，王健.5种香草植物抗旱生理特性的研究[J]. 资源与利用，2011，9(9):69-72.
[49] 王凯，赵成姣，邓杰，等.成年侧柏和刺槐对春季干旱的适应策略[J]. 生态学杂志，2017，36(11):3176-3181.
[50] 刘长成，刘玉国，郭柯.四种不同生活型植物幼苗对喀斯特生境干旱的生理生态适应性[J]. 植物生态学报，2011，35(10):1070-1082.
[51] 张中峰，尤业明，黄玉清，等.模拟喀斯特生境条件下干旱胁迫对青冈栎苗木的影响[J]. 生态学报，2012，32(20):6318-6325.
[52] 刘珊，何茜，李吉跃，等.石漠化树种圆叶乌桕对干旱胁迫的生理响应[J]. 华南农业大学学报，2016，37(2):96-100.
[53] FRAZELI F，GHORBANLI M，NIKNAM V.Effect of drought on biomass，protein content，lipid zeroxidation and antioxi- dant enzymes in two sesame cultivars[J]. Biologia Plantarum，2007，51(1):98-103.
[54] 温国胜,张国盛,吉川贤.干旱胁迫对臭柏水分特性的影响[J]. 林业科学，2004，40(5): 84-87.
[55] 黄小辉.桑树对干旱生境的响应及其适应性[D]. 重庆:西南大学，2014.
[56] 林国祚.水肥调控对桉树苗木生长及生理特性的影响[D]. 北京:中国林业科学研究院，2012.
[57] 姜义宝，崔国文，李红.干旱胁迫下外源钙对苜蓿抗旱相关生理指标的影响[J]. 草业学报，2005，14(5):32-36.
[58] 蔡喜悦，陈晓德，李朝政，等.干旱胁迫下外源钙对石灰岩地区复羽叶栾树种子萌发的影响[J]. 应用生态学报，2013，24(5):1341-1346.
[59] 王如岩，于水强，张金池，等.干旱胁迫下接种菌根真菌对滇柏和楸树幼苗根系的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版)，2012，36(6):23-27.
[60] 何跃军，钟章成.喀斯特土壤上香樟幼苗接种不同AM真菌后的耐旱性效应[J]. 植物研究，2011，31(5):597-602, 622.
[61] 唐生森，唐鑫，吴东山，等.不同马尾松家系抗旱性评价[J]. 森林与环境学报，2018，38(2): 222-228.

PDF全文 浏览全文