7年极端干旱对准噶尔假木贼群落叶片非结构性碳水化合物的影响

近年来,干旱半干旱地区极端干旱事件日益频繁并深刻影响着荒漠生态系统功能。植物叶片中的非结构性碳水化合物(NSC)可反映植物对水分亏缺的响应及适应程度,然而荒漠植物NSC对极端干旱事件的响应敏感性和适应策略仍有待研究。以新疆准噶尔盆地东缘盐生假木贼(Anabasis salsa)群落为研究对象,通过连续7年减少60%降水量的野外控制实验模拟极端干旱,探讨优势植物叶片NSC对干旱胁迫的响应敏感性与适应机制。结果表明:(1)准噶尔荒漠盐生假木贼群落不同物种叶片NSC对极端干旱的响应敏感性不同。具体而言,琵琶柴(Reaumuria songarica)通过淀粉水解为可溶性糖抵御干旱,表现为淀粉和NSC含量均显著减少,可溶性糖含量显著增加;盐生假木贼和博洛塔绢蒿(Seriphidium borotalensis)通过光合作用积累可溶性糖和NSC来抵御干旱,表现为可溶性糖和NSC含量均显著增加,淀粉含量无显著变化;驼绒藜(Krascheninnikovia ceratoides)选择将可溶性糖直接用于生长、防御、新陈代谢等活动以度过旱期,表现为可溶性糖含量显著减少,淀粉和NSC含量无显著变化;(2)整体而言,干旱胁迫导致群落水平叶片NSC含量显著增加,干旱胁迫作用于叶片NSC的途径主要分为两种,一是干旱直接影响群落叶片NSC,群落中尽管有些物种NSC含量下降,但会被其他物种相对丰度和NSC含量上升的正协同效应所掩盖;二是通过影响群落冠幅间接影响群落叶片NSC,干旱胁迫下,盐生假木贼群落整体倾向于采取降低冠幅的保守型资源策略来减少NSC库的消耗,从而确保在资源胁迫条件下的生存。本研究可为降水变化背景下理解荒漠生态系统碳适应策略提供数据支持。     

半干旱典型草原养分添加对优势物种叶片氮磷及非结构性碳水化合物含量的影响

在7年的养分添加(对照、低磷、低氮、低氮高磷和高氮低磷)试验基础上,测定了内蒙古半干旱典型草原优势种大针茅(Stipa grandis)和羊草(Leymus chinensis)叶片氮、磷、可溶性碳水化合物和淀粉含量。结果表明:两物种叶片氮、可溶性碳水化合物、淀粉及非结构性碳水化合物含量对养分添加有显著的响应(P0.05),养分添加与物种有显著的交互作用(P0.05);加氮显著增加了两物种植物叶片氮含量(P0.05),单加N处理显著降低了两物种叶片中的淀粉含量(P0.05),单加磷处理显著增加了羊草叶片可溶性碳水化合物含量(P0.05),高氮低磷处理显著降低两物种叶片非结构性碳水化合物总量(P0.05)。大针茅叶片各变量对磷添加无明显的响应,其叶片相对较高的C/N、C/P和可溶性碳水化合物/淀粉比,表明其具有相对较高的可直接利用的碳水化合物以及较高的氮、磷养分利用效率;羊草对外源养分的添加具有相对较强的竞争吸收能力。     

干旱对杉木幼苗根系构型及非结构性碳水化合物的影响

通过比较不同时期不同强度干旱胁迫下杉木1年生盆栽苗地上部分生长、根系构型以及根系中非结构性碳水化合物含量（TNC）的变化,并分析各指标之间的相关性,探究杉木根系在干旱胁迫下的适应性策略以及抗旱生理机制,以期为杉木造林生产和水分管理提供科学依据和技术指导。结果表明：随着干旱程度的加强,杉木幼苗地上部分干重（SDW）、根干重（RDW）、根长（RL）、根表面积（SA）、根体积（RV）、根尖数（RT）、根系分支角度（Angle）、分形维数（FD）逐渐减小,根冠比（R/T）逐渐增大,根系拓扑指数（TI）、根系平均直径（RD）先增大后减小,比根长（SRL）先减小后增大。而根系连接长度（LL）、TNC、糖淀比在不同时期表现出不同的趋势。连接长度随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出逐渐增加趋势而在90 d时则表现出先减小后增大的趋势。TNC在30 d和60 d时先增大后减小,但90 d时,呈逐渐下降的趋势。糖淀比随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出先增加后减小趋势,90 d时,表现为先减小后增大。干旱胁迫显著影响根系在不同径级的分布长度,且随着胁迫时间的延长不断变化。杉木地上部分生长与根系生长指标（RL、SA、RV、RT、RDW）以及根系构型指标（Angle、FD）之间存在显著的正相关（P < 0.01）,根系平均直径与TNC存在显著的正相关（P < 0.05）。总之,杉木通过增加根系光合产物的积累、提高根系建成成本,增加有限成本下根系的复杂程度和延伸范围,降低根系分支角度,使根系\"更陡更深\"来适应不同强度的干旱胁迫。     

干旱胁迫对杉木无性系非结构性碳水化合物含量的影响

以杉木Cunninghamia lanceolata 6个优良无性系组培移栽苗为试材,对聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫条件下各无性系针叶淀粉、可溶性糖及非结构性碳水化合物(NSC)总量进行测定。结果显示,干旱胁迫致使杉木无性系针叶淀粉含量下降、可溶性糖含量有所提高,NSC含量呈下降趋势(除T-cF1无性系外)。干旱胁迫条件下,可溶性糖含量与针叶相对含水量、丙二醛含量间呈显著正相关(P<0.05),而淀粉含量、NSC与过氧化氢酶活性间均为显著负相关(P<0.05)。     

干旱胁迫下红砂幼苗非结构性碳水化合物动态变化特征

该试验以荒漠区主要建群种红砂幼苗为研究对象,设置适宜水分(CK)、轻度干旱(MD)、中度干旱(SD)和重度干旱(VSD)4个胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),采用盆栽控水试验,分别测定干旱胁迫15、30、45和60 d时红砂幼苗的叶、茎、粗根和细根中非结构碳水化合物(NSC)及其组分的含量,分析不同胁迫强度下不同干旱持续时间红砂幼苗NSC的动态变化及各组分差异,以揭示红砂NSC对干旱胁迫的响应机制。结果表明:(1)干旱胁迫强度和胁迫持续时间对红砂幼苗不同器官NSC及其组分均有显著影响,其中胁迫持续时间对NSC动态变化的影响尤为显著。(2)干旱胁迫初期,红砂叶中的NSC含量呈下降趋势,而茎中的NSC含量呈上升趋势,粗根和细根中NSC含量在各胁迫处理下基本保持稳定。(3)干旱胁迫后期,红砂叶和茎中的可溶性糖、淀粉和NSC含量逐渐增加,而粗根和细根中的淀粉和NSC含量呈下降趋势(中度干旱除外),且这一时期重度干旱处理下各器官可溶性糖和NSC的含量明显高于CK。研究发现,重度干旱胁迫能显著诱导提高红砂幼苗不同器官中的NSC含量,并通过分解根中淀粉和增加叶片中可溶性糖含量的方式来调节细胞渗透势平衡,以维持细胞活力,进而保持红砂在干旱胁迫后期的存活。     

干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗非结构性碳水化合物代谢对NO的响应

以紫花苜蓿（Medicago sativa）为材料,采用盆栽试验方法,用聚乙二醇（PEG-6000）作为渗透介质模拟干旱胁迫,外源喷施NO供体硝普钠,NO清除剂（carboxy-PTIO,cPTIO）,对紫花苜蓿幼苗叶片、根系中非结构性碳水化合物含量及相关酶活性的变化进行研究,探讨NO对紫花苜蓿耐旱机制的作用。结果表明：外源NO促进了紫花苜蓿叶片中淀粉的分解、根系中淀粉的积累,提高叶片及根系中可溶性糖（蔗糖、果糖和葡萄糖）含量,降低了渗透势,促进细胞吸水,缓解干旱造成的损伤。此外,外源NO能提高干旱胁迫下紫花苜蓿叶片中蔗糖合成酶（SS）、酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）活性,降低了蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性,提高根系中SS、SPS和转化酶活性,使蔗糖的合成与分解处于高水平的动态平衡,增强了紫花苜蓿的抗旱性。而NO清除剂cPTIO则会不同程度的抑制紫花苜蓿幼苗中非结构性碳水化合物（NSC）及其相关酶活性。因此,NO可以通过调控NSC的代谢响应干旱胁迫,缓解干旱胁迫造成的不利影响,在紫花苜蓿的抗旱中扮演着重要的角色。     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢的影响

以燕麦品种'燕科2号'为试验材料,采用盆栽方式,分别在正常供水(75％田间持水量)、中度干旱胁迫(60％田间持水量)和重度干旱胁迫(45％田间持水量)3个水分条件下喷施腐植酸(HA)和等量清水(CK),对燕麦叶片中非结构性碳水化合物(NSC)含量及相关酶活性和籽粒产量进行测定,以明确腐植酸在干旱胁迫下对燕麦叶片非结构性...     

植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展

非结构性碳水化合物是参与植物生命过程的重要物质。蔗糖不仅是植物体内碳水化合物运输的主要形式,而且可以在基因表达水平上对细胞内的代谢进行调节。果聚糖是植物营养组织碳水化合物的主要暂贮形式;淀粉是植物主要的长期贮存物质之一。植物体内非结构性碳水化合物的代谢在很大程度上影响着植株的生长发育和对环境因子的响应。综述了植物非结构性贮藏碳水化合物的生理生态学研究进展,着重介绍了蔗糖,果聚糖和淀粉代谢的生理过程及对环境因子（温度和水分）和人为因素的响应机制。     

青藏高原高寒植物叶片非结构性碳水化合物随海拔的变化特征

非结构性碳水化合物(NSC)是植物碳光合产物的重要组分,在植物碳分配、逆境适应等方面起关键作用。近年来,全球变暖对青藏高原高寒草地生态系统的结构与功能造成了显著影响。以青藏高原的高寒草地为研究对象,选取了甘南、海北、那曲三个地区作为实验区,利用随海拔升高,环境胁迫逐渐增强这一特点,分析了四种植物功能群(禾草、莎草、豆科以及杂类草)对环境胁迫的NSC响应机制。研究结果显示:(1)高海拔地区的植物NSC含量显著高于低海拔地区;(2)豆科植物NSC含量显著低于其它三个功能群;(3)禾草类植物通过增加可溶性糖含量来响应胁迫;而莎草类植物则通过积累淀粉来响应胁迫。结果表明,面对环境胁迫(如高海拔代表的低温、强辐射等),高寒草地植物普遍通过提高NSC含量进行响应,但不同功能群采取了截然不同的碳分配策略以适应胁迫:豆科植物表现出较低的NSC投资,禾草侧重于增加可溶性糖以参与渗透调节增强抗逆性,而莎草则倾向于积累淀粉储存能量以备胁迫解除后生长之需。这些发现为理解全球气候变暖背景下青藏高原高寒草地植物对环境胁迫的响应机制提供了重要的科学依据,对于该区域生物多样性的保护和管理具有指导意义。     

土壤增温对杉木幼苗细根生理生态性质的影响

为了揭示我国最重要人工林树种杉木对全球变暖的地下响应及其适应性,通过在福建省三明市陈大国有林场设置杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗土壤增温实验(增温+5℃和不增温两个处理,各5个重复),用土钻法和内生长环法探讨土壤增温约1年后的杉木幼苗细根生物量和形态特征(比根长,SRL;比表面积,SRA),化学计量学特征(C、N、P)和代谢特征(包括呼吸和非结构性碳水化合物,NSC)的变化。结果表明:1)与对照相比,土壤增温处理0—1 mm细根生物量显著下降,1—2 mm细根生物量没有变化,细根形态亦未有显著变化;2)土壤增温处理细根N浓度显著增加,细根P浓度没有显著变化,细根C/N显著降低而N/P显著增加;3)土壤增温处理细根呼吸没有出现驯化现象,细根NSC显著下降。可见,土壤增温改变了杉木细根生物量分配格局,并引起一定的营养失衡和代谢失衡现象,从而对杉木生长和生产力产生影响。     

南昌市不同植物类群叶片氮磷浓度及其化学计量比

对南昌大学前湖校区89种主要植物叶片的N、P浓度及其化学计量比进行了研究,结果表明:乔灌、常绿、针叶、种子、裸子和单子叶植物类群的N浓度分别低于相对应的草本、落叶、阔叶、蕨类、被子和双子叶植物类群,而C3和C4植物差异不显著;乔灌、常绿和裸子植物类群的P浓度含量分别低于相对应的草本、落叶和被子植物类群,而针叶和阔叶、蕨类和种子、单子叶和双子叶、C3和C4植物类群间差异不显著;乔木、阔叶、被子和双子叶植物类群叶片N/P分别高于相对应的灌草、针叶、裸子和单子叶植物类群,而常绿和落叶、蕨类和种子、C3和C4植物类群之间差异不显著.可见,不同类型植物对N和P的吸收利用存在差异,且对不同养分供应采取不同的适应对策.结合研究区土壤养分现状,建议优先选择常绿、针叶、裸子和单子叶植物类群作为城市园林植物.     

黄土区不同恢复年限草地群落生物量及根冠比对氮添加的响应

大气氮沉降增加作为全球变化的主要环境问题之一,已引发人们的广泛关注,持续的氮沉降对草地生态系统的组成、结构和功能产生重要影响。为深入了解草地恢复进程中群落生物量和根冠比对氮沉降的响应,以黄土区3个不同恢复年限（初期12a、中期28a和后期37a）的天然草地为研究对象,通过设置6个氮添加水平,CK （0）、N1（2.34g m^-2a^-1）、N2（4.67g m^-2a^-1）、N3（9.34g m^-2a^-1）、N4（18.68g m^-2a^-1）、N5（37.35g m^-2a^-1）来测定草地群落地上生物量、地下生物量和总生物量,并计算根冠比和氮响应效率（NRE）。结果表明：（1）地上生物量在恢复中期最大,随氮添加梯度增加,地上生物量在恢复初期和恢复后期呈不显著上升趋势,对氮添加表现为非线性的正响应（ΔNRE>0）,在恢复中期呈不显著下降趋势,对氮添加表现为非线性的负响应（ΔNRE<0）。（2）群落地下生物量对氮添加无显著响应,总生物量只有在恢复后期的N4添加水平下,与对照存在显著差异。（3）根冠比在恢复初期时,N3添加水平下显著高于对照和其他氮添加水平,其余恢复年限对氮添加无显著响应。综上所述,通过分析比较黄土区不同恢复年限草地群落的地上、地下及总生物量和根冠比对氮添加的响应。建议对该区域开展试点实验,实行适应性草地管理,如进行两年一次刈割或轻度放牧（2只羊/hm²）,来探寻更科学有效的管理措施,使草地实现系统性恢复,进而满足生态系统容量和社会需求的变化。