The response mechanism of early seed regeneration process of Caragana korshinskii bushes with different plantation ages in sandy-hilly region of northwest Shanxi Province

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00083

Journal of Desert Research ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (2): 243-254.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00083

The response mechanism of early seed regeneration process of Caragana korshinskii bushes with different plantation ages in sandy-hilly region of northwest Shanxi Province

Yu Zhang¹(), Qianqian Gou¹^,²(), Min Gao¹, Yan Zhang¹, Wentin Guo¹, Guohua Wang¹^,²^,³

^1.College of Geographic Sciences，Shanxi Normal University，Taiyuan 030031，China
^2.Linze Inland River Basin Research Station /, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China
^3.Key Laboratory of Desert and Desertification, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，China

Received:2022-03-21 Revised:2022-05-20 Online:2023-03-20 Published:2023-04-12
Contact: Qianqian Gou

Abstract

Abstract:

Soil desiccation is the key limiting factor for seed germination， survival and growth of regenerated seedlings， and seed regeneration in artificial bushes in sandy areas. In this study， we selected Caragana korshinskii of different planting ages （7，13，19，51 years） as research subjects， and analyzed the effects of severe， moderate and light drought stress on seed germination， seedling growth， physiology and photosynthetic characteristics of C. korshinskii through controlling of soil water in pot culture. The results showed that the seed emergence rate of C.korshinskii significantly decreased with the increased drought stress. The seed emergence rate of C. korshinskii at 13 years was higher than other years， followed by 19 years， and the lowest kept at 51 years. The plant heigh， leaf numbers and total biomass of seedlings decreased significantly with increased of drought severity， and the plant traits were higher at 13 years compared with other ages. The root-shoot ratio of seedlings increased in each age. With increased of drought severity， the soluble sugar content of C. korshinskii seedlings in different ages increased， and the content at 13 years was the highest， which was 30.19 mg·g^-1. The content of free proline also increased， and the content of 19 years was the highest，which was 2 683.73 μg·g^-1. MDA content in seedlings of all ages increased gradually under drought stress， and reached a maximum value under severe drought stress， the content about MDA had the largest increase in 51 years. Under drought stress， chlorophyll a， b and chlorophyll content of C. korshinskii seedlings in different ages firstly decreased， then increased， and finally decreased again， and the most decreased occurred at 51 years. The plant traits of C. korshinskii seedlings were influenced by different degree of drought stress， but the seedlings at 13 years and 19 years could adjust the osmotically regulated substance to reduce damage and to maintain normal physiological metabolism and seedling growth. However， the lower osmotic regulation ability with the highest MDA content of 51 years， which caused serious damage to the cell membrane， resulting in a significant increase in mortality. According to the membership functions showed that the drought tolerance of C. korshinskii seedlings of different ages was 13 years>19 years>7 years>51 years.

Key words: drought stress, Caragana korshinskii seedlings, physiological characteristics, growth traits, natural regeneration

CLC Number:

Q948.1

Yu Zhang, Qianqian Gou, Min Gao, Yan Zhang, Wentin Guo, Guohua Wang. The response mechanism of early seed regeneration process of Caragana korshinskii bushes with different plantation ages in sandy-hilly region of northwest Shanxi Province[J]. Journal of Desert Research, 2023, 43(2): 243-254.

Figures/Tables 10

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年限/a	地理坐标	海拔/m	株高/m	百粒重/g	出苗速率/%	土壤含水量/%	土壤类型
7	38°58′06″N，111°47′49″E
	38°57′50″N，111°47′32″E	1 392	131.00±16.46	4.36±0.38	58.15±1.66	10.90	黄绵土
	38°57′56″N，111°47′48″E
13	38°46′02″N，111°46′02″E
	38°58′12″N，111°45′59″E	1 434	139.17±14.58	5.11±0.06	64.81±1.89	14.54	黄绵土
	38°58′51″N，111°45′24″E
19	38°58′49″N，111°46′18″E
	38°58′23″N，111°46′51″E	1 435	147.33±13.67	4.61±0.07	61.48±1.09	12.33	黄绵土
	38°58′21″N，111°46′50″E
51	38°58′21″N，111°46′47″E
	38°58′21″N，111°46′17″E	1 427	231.33±16.69	4.07±0.09	47.83±1.51	9.54	黄绵土
	38°58′22″N，111°46′48″E

年限/a	地理坐标	海拔/m	株高/m	百粒重/g	出苗速率/%	土壤含水量/%	土壤类型
7	38°58′06″N，111°47′49″E
	38°57′50″N，111°47′32″E	1 392	131.00±16.46	4.36±0.38	58.15±1.66	10.90	黄绵土
	38°57′56″N，111°47′48″E
13	38°46′02″N，111°46′02″E
	38°58′12″N，111°45′59″E	1 434	139.17±14.58	5.11±0.06	64.81±1.89	14.54	黄绵土
	38°58′51″N，111°45′24″E
19	38°58′49″N，111°46′18″E
	38°58′23″N，111°46′51″E	1 435	147.33±13.67	4.61±0.07	61.48±1.09	12.33	黄绵土
	38°58′21″N，111°46′50″E
51	38°58′21″N，111°46′47″E
	38°58′21″N，111°46′17″E	1 427	231.33±16.69	4.07±0.09	47.83±1.51	9.54	黄绵土
	38°58′22″N，111°46′48″E

年限/a	指标	土壤相对含水量
年限/a	指标	70%~75%（适宜）	55%~60%（轻旱）	40%~45%（中旱）	30%~35%（重旱）
7	地上生物量/g	1.31+0.02^a	0.71+0.04^b	0.39+0.03^c	0.22+0.01^c
	地下生物量/g	0.92+0.02^a	0.51+0.02^b	0.38+0.02^c	0.28+0.04^c
	总生物量/g	2.23+0.05^a	1.22+0.05^b	0.77+0.04^c	0.50+0.05^c
13	地上生物量/g	1.33+0.04^a	0.73+0.03^b	0.41+0.04^c	0.24+0.01^d
	地下生物量/g	0.94+0.01^a	0.58+0.03^b	0.40+0.03^bc	0.33+0.02^c
	总生物量/g	2.27+0.03^a	1.31+0.02^b	0.81+0.07^bc	0.57+0.01^c
19	地上生物量/g	1.31+0.04^a	0.71+0.02^b	0.42+0.00^c	0.23+0.01^c
	地下生物量/g	0.92+0.01^a	0.52+0.03^b	0.39+0.03^c	0.32+0.01^c
	总生物量/g	2.23+0.03^a	1.23+0.03^b	0.81+0.03^c	0.55+0.00^c
51	地上生物量/g	1.30+0.02^a	0.68+0.03^b	0.38+0.03^c	0.19+0.00^c
	地下生物量/g	0.90+0.00^a	0.48+0.03^b	0.35+0.02^b	0.25+0.03^b
	总生物量/g	2.20+0.02^a	1.17+0.06^b	0.74+0.04^c	0.44+0.03^d

年限/a	指标	土壤相对含水量
年限/a	指标	70%~75%（适宜）	55%~60%（轻旱）	40%~45%（中旱）	30%~35%（重旱）
7	地上生物量/g	1.31+0.02^a	0.71+0.04^b	0.39+0.03^c	0.22+0.01^c
	地下生物量/g	0.92+0.02^a	0.51+0.02^b	0.38+0.02^c	0.28+0.04^c
	总生物量/g	2.23+0.05^a	1.22+0.05^b	0.77+0.04^c	0.50+0.05^c
13	地上生物量/g	1.33+0.04^a	0.73+0.03^b	0.41+0.04^c	0.24+0.01^d
	地下生物量/g	0.94+0.01^a	0.58+0.03^b	0.40+0.03^bc	0.33+0.02^c
	总生物量/g	2.27+0.03^a	1.31+0.02^b	0.81+0.07^bc	0.57+0.01^c
19	地上生物量/g	1.31+0.04^a	0.71+0.02^b	0.42+0.00^c	0.23+0.01^c
	地下生物量/g	0.92+0.01^a	0.52+0.03^b	0.39+0.03^c	0.32+0.01^c
	总生物量/g	2.23+0.03^a	1.23+0.03^b	0.81+0.03^c	0.55+0.00^c
51	地上生物量/g	1.30+0.02^a	0.68+0.03^b	0.38+0.03^c	0.19+0.00^c
	地下生物量/g	0.90+0.00^a	0.48+0.03^b	0.35+0.02^b	0.25+0.03^b
	总生物量/g	2.20+0.02^a	1.17+0.06^b	0.74+0.04^c	0.44+0.03^d

主成分	Cl₁	Cl₂	Cl₃
特征值	9.492	2.282	1.511
贡献率/%	59.323	14.260	9.433
累计贡献率/%	59.323	73.583	83.016

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测定指标			年限/a
测定指标			7	13	19	51
种子出苗率			0.108	0.250	0.151	0.151
幼苗生理指标	渗透调节物质	游离脯氨酸	0.321	0.373	0.334	0.303
	渗透调节物质	可溶性糖	0.503	0.412	0.488	0.635
	膜脂过氧化物	丙二醛	0.677	0.657	0.644	0.697
	光合指标	叶绿素	0.512	0.495	0.489	0.552
		叶绿素a	0.424	0.505	0.343	0.356
		叶绿素b	0.417	0.422	0.487	0.459
幼苗生长指标		主根长	0.574	0.392	0.486	0.537
		株高	0.532	0.504	0.557	0.444
		叶片数	0.605	0.960	0.964	0.409
		地上生物量	0.476	0.528	0.447	0.534
		地下生物量	0.500	0.547	0.493	0.530
		根冠比	0.397	0.322	0.260	0.235
幼苗死亡率			0.149	0.192	0.150	0.149
隶属函数平均值			0.443	0.469	0.450	0.428
抗旱能力排名			3	1	2	4

年限 /a	指标	渗透调节物质		丙二醛	叶绿素
年限 /a	指标	游离脯氨酸	可溶性糖	丙二醛	叶绿素
7	株高	0.829^**	0.802^**	-0.670^*	0.539
	主根长	0.564	0.777^*	-0.452	0.759^*
	叶片数	0.426	0.766^*	-0.711^*	0.836^**
	总生物量	0.683^*	0.849^**	-0.310	0.792^*
13	株高	0.818^**	0.743^**	-0.749^**	0.538
	主根长	0.917^**	0.824^**	-0.414	0.892^**
	叶片数	0.675^*	0.742^*	-0.816^**	0.826^**
	总生物量	0.886^**	0.833^**	-0.468	0.749^*
19	株高	0.837^**	0.438	-0.457	0.752^*
	主根长	0.798^*	0.823^**	-0.610^*	0.875^**
	叶片数	0.677^*	0.774^*	-0.971^**	0.815^**
	总生物量	0.596	0.463	-0.379	0.636
51	株高	0.527	0.638^*	-0.837^**	0.233
	主根长	0.846^**	0.553	-0.454	0.858^**
	叶片数	0.795^*	0.485	-0.443	0.673^*
	总生物量	0.947^**	0.519	-0.348	0.717^*

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