桢楠种质资源遗传多样性和水肥管理技术对幼树生长与生理特性的影响

摘要

桢楠(Phoebezhennan)为樟科(Lauraceae)楠属(Phoebe)大乔木，多见于海拔1500m以下的阔叶林中，属亚热带常绿阔叶高大乔木，为国家二级重点保护树种，素有“木中金子”之称。在我国，桢楠主要分布在湖北省西部、贵州省西北部、四川省及重庆市。其名贵的原因主要是长期以来的人为砍伐、桢楠树自身生长发育缓慢以及桢楠林的人工营造技术不成熟等，造成了目前桢楠资源稀缺的现状，珍稀木材的市场需求和珍贵树种资源保护的矛盾日益突出。基于这一社会经济背景，近年来，桢楠种质资源的调查研究、苗木培育技术的改进以及人工林的保护与发展受到了林业生产单位和学术界高度关注，研究工作随之加强。过去的研究涉及到了桢楠的生长规律、资源保护、开发利用以及苗木培育等方面，但研究的广度和深度都很欠缺，而从种质资源特征、种苗生长特性、营养调控及生理机能动态、环境胁迫与苗木生理响应等方面的研究则几乎仍属空白。
　　本课题主要在以下几个方面进行了研究:①在中国主要桢楠分布区进行了时桢楠资源调查，选择部分桢楠母树的种子进行育苗研究，包括四川（35株），云南（3株），重庆（13株），贵州（10株），湖北（14株）和湖南（17株）6个省49个县市，使用AFLP分子标记技术对这92个母树的样品进行全基因组扫描;②于雅安市雨城区与都江堰市4个龄级3个林分，共采集8组（单株或多株构成1组），对桢楠多胚现象进行了研究，同时观测了其中生长旺盛、健康的6号母树，对其子代的生长状况和光合生理特征进行了观测分析;③对1年生桢楠幼苗进行盆栽施肥试验，选用氮肥(NF)、复合肥(CF)、有机肥(OF)和混合肥(MF)4种肥料，设置对照(CK)、低、中、高4个施肥水平，于2013、2014年3、5、7月共施肥6次，多次测定各处理生理及生长指标;④选取形态生长指标基本一致的桢楠幼树，进行了干旱胁迫和复水试验，主要研究结果如下:
　　(1)贝叶斯分配测试、聚类分析和主成分分析三种遗传结构分析方法表明，本研究的桢楠种质可以被划分为3个遗传群体，即SCZ（四川中部）群体、CQH（四川东部、重庆、湖北和湖南）群体和YG（云南和贵州）群体，而CQH群体可以进一步划分为CD-CQ（四川东部和重庆）和HB-HN（湖北和湖南）两个亚群体。12对AFLP引物组合扫描92个桢楠种质共扩出422个位点，其中多态位点有177个，占总位点的40.4％，CD-CQ群体的多态位点比例最高为31.8％，而SCZ群体和YG群体的多态位点比例相差不大，分别为16.2％和16.1％。四个桢楠遗传种群的平均遗传多样性为0.1163，其中CD-CQ种群的遗传多样性水平最高为0.1676，SCZ种群遗传多样性水平最低为0.0745。SCZ和YG群体间的遗传距离最大，而CD-CQ和HB-HN群体间的遗传距离最小。四个遗传群体间的遗传分化指数均比较显著，其中SCZ和YG群体之间的遗传分化指数最大(0.678)，而CD-CQ和HB-HN群体之间的遗传分化指数最小(0.257)。此外，Mantel检验发现种群间的遗传分化与地理距离之间呈正相关。
　　(2)8株（组）不同母树的楠木种子均存在多胚现象，多胚率最高达56.3％（7号，150年生），最低为4.3％（8号，80年生），其中双胚率最高，三胚率次之，四胚率最低。不同粒级种子之间多胚率无明显差异，多胚率亦未随母树年龄增加而有规律的变化。对多胚率最高的母树子代的观测表明:双胚大苗(SD)的苗高和地径的平均值分别为12.71 cm和2.13 mm，与单胚苗(D)相比差异不大，而双胚小苗(SX)的苗高和地径分别约为D的1/2。对处于盛果期、生长健康的母树子代多胚苗（1年生）观测表明:移栽初期（2个月后），SD的净光合速率(Pn)及气体交换参数值、光响应和CO2响应曲线与D水平相当，而SX的Pn及气体交换速率受到抑制，两个响应曲线随着光强、CO2浓度增加的上升幅度亦不大;移栽后期（4个月后），SX的光合能力有所改善。但7个月后，SX的株高、地径生长状况仍远不如SD。
　　(3)有机肥(OF)和混合肥(MF)处理的桢楠树高和地径生长量大于氮肥(NF)和复合肥(CF)，且NF、CF和MF各施肥水平之间差异均不大，其中OF处理下的生长量随施肥量的增加呈先升后降的趋势，中氮水平有机肥(MOF)处理的生长量可达CK的2倍。其次，四种肥料均可不同程度的促进桢楠叶片叶绿素(Chl)合成，降低类胡萝卜素(Car)含量，并增大植株的净光合速率(Pn)及气体交换参数，但OF和MF的效果更好，其中MOF的肥效最为显著。桢楠叶片光响应和CO2响应曲线也均上升（OF和MF上升幅度更大），其中，MOF处理下的桢楠叶片光饱和点(LSP)、CO2饱和点(CSP)升高并伴随着光补偿点(LCP)、CO2补偿点(CCP)降低。此外，MOF对土壤肥力的提高最显著，土壤有效磷含量是CK的2倍多，土壤微生物生物量相对于CK增大了将近2倍，土壤蔗糖酶活性已达CK的8倍。
　　(4)干旱胁迫导致桢楠树高和地径生长均受到严重的抑制作用，且重度干旱引起茎杆干缩，叶片卷缩。随着干旱时间的延长，土壤体积含水量(SWC)显著下降，正常供水(D0)的SWC在20％左右，停水5d后降至9％。随着干旱程度的加重，桢楠幼树叶片相对含水量(LRWC)逐渐降低，重度干旱下降至D0的一半;Chl总量先升后降，Car含量在D30处理下明显降低;Pn下降幅度逐渐增大;水分利用效率(WUE)骤降至D0的7％左右（重度干旱）;光响应和CO2响应曲线逐渐平缓。桢楠光合日变化呈“单峰”曲线，干旱胁迫导致Pn最高峰出现的时间从12:00提前到10:00，且随着干旱程度的加剧，最高峰逐渐消失。此外，桢楠体内的SS、SP含量和SOD、POD、CAT活性在轻、中度干旱胁迫下明显升高，重度干旱下Pro和MDA含量显著增加，表明细胞膜系统受到严重伤害。复水后各处理Pn及气体交换参数均有不同程度的上升，且随着复水时间的延长(10 d)，水分利用效率WUE逐渐增大，其中D30处理猛升至10.0。
　　综上，从构建桢楠种质基因库的角度来考虑，应该加强CD-CQ和HB-HN两个群体间的基因交流。在实际的苗木培育与生产中，种子多胚率太高可能对苗木生长不利，但双胚苗中大苗经过一年的培育，基本能赶上单胚苗的生长水平，而双胚小苗需通过高度的集约培养，才有部分幼苗可能达到出圃要求，但这无疑会增大育苗成本，因此生产实践中可选择淘汰双胚小苗。施OF可为幼树持续有效地提供营养物质，在施氮肥的基础上增施有机肥可作为一种及时有效的改进措施。此外，应该制定合理的水分管理措施，及时补充水分，较长时间的重度干旱（即SWC低于6％）会对桢楠造成不可逆转的损坏。

目录

声明

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摘要

第一章 前言

1 引言

1．1 桢楠简介

1．2 桢楠资源现状

2 文献综述

2．1 植物种质资源遗传多样性

2．2 植物多胚现象研究

2．3 水肥管理技术对植物生长和生理特性的影响

3 选题依据及研究意义

3．1 选题依据

3．2 研究意义

4 技术路线

第二章 桢楠种质资源遗传多样性研究

1 引言

2 材料和方法

2．1 材料

2．2 主要的试剂和药品

2．3 主要仪器

2．4 模板DNA的制备

2．5 AFLP分析

3 结果与分析

3．1 基因组DNA提取结果

3．2 基因组DNA酶切结果

3．3 预扩增结果

3．4 选扩引物优化

3．5 位点遗传多样性

3．6 种群结构

3．7 群体遗传多样性

3．8 群体间遗传分化

4 讨论

4．1 桢楠遗传多样性

4．2 贝叶斯分配测试、聚类分析和主成分分析在桢楠遗传多样性研究中的优势

4．3 桢楠种群分化和遗传结构

4．4 桢楠的种质资源和遗传多样性保护

第三章 桢楠种子多胚率及多胚苗苗期生长特性研究

1 引言

2 研究方案

2．1 研究区域概况

2．2 试验材料

2．3 试验设计

2．4 指标测定方法

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 桢楠种子多胚率及多胚苗生长状况

3．2 桢楠多胚苗的光合特性及生长状况

4 讨论

4．1 桢楠种子多胚率及多胚苗生长研究

4．2 桢楠多胚现象对幼苗光合特性及生长的影响

第四章 施肥对桢楠幼树生长、光合特性及土壤肥力的影响

1 引言

2 研究方案

2．1 研究区域概况

2．2 试验材料

2．3 试验设计

2．4 指标测定及方法

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 两年连续施肥对桢楠形态指标的影响

3．2 两年连续施肥对桢楠光合特性的影响

3．3 两年连续施肥对桢楠栽植土土壤肥力的影响

4 讨论

4．1 两年连续施肥对桢楠生长的影响

4．2 两年连续施肥对桢楠光合特性的影响

4．3 两年连续施肥对桢楠栽植土土壤肥力的影响

第五章 干旱对桢楠幼树生长、光合特性及抗性生理的影响

1 引言

2 研究方案

2．1 研究区域概况

2．2 试验材料

2．3 试验设计

2．4 指标测定及方法

2．5 数据处理

3 结果与分析

3．1 干旱胁迫对桢楠土壤含水量的影响

3．2 干旱胁迫对桢楠形态指标的影响

3．3 干旱胁迫对桢楠光合特性的影响

3．4 干旱胁迫对桢楠抗性生理的影响

3．5 干旱胁迫后复水对桢楠气体交换参数的影响

4 讨论

4．1 干旱胁迫对桢楠生长的影响

4．2 干旱胁迫对桢楠光合特性的影响

第六章 结论与创新性

1 结论

2 本论文的创新性

3 存在的问题与展望

参考文献

攻读博士学位期间文章完成情况

致谢