滨海盐生植物叶片δ13C与主要养分元素化学计量的关系

高盐环境与土壤贫瘠成为限制滨海湿地植被生长的主要因素,盐分稀释(salt-dilution)与盐分抵御(salt-exclusion)为盐生植物普遍的两种适生策略,这些策略影响植物水分与养分利用效率的权衡过程。以江苏盐城滨海湿地常见稀盐盐生植物、拒盐盐生植物为研究对象,通过探讨滨海湿地不同盐生植物叶片δ~(13)C(水分利用效率的直接反映参数),与主要养分元素(N、P、K)及化学计量特征的关系,以揭示不同盐生植物养分利用策略及养分利用效率与水分利用效率之间的权衡关系。研究结果表明:滨海湿地盐生植物叶片N/P为15.3,较全球陆生植物平均值低,表现出N、P共同限制特征。两种盐生植物叶片δ~(13)C与N、P含量显著正相关,表明盐生植物采取N、P光合相关型策略适应不良环境。拒盐盐生植物叶片δ~(13)C与K~+正相关,采取K~+渗透调节相关型策略,以减小细胞渗透势、增加水分吸收,减轻植物体内盐分毒害。两种不同耐盐型植物δ~(13)C与C/N成反比,表明植物采取扩大水分利用效率以代偿减小的N利用率策略。稀盐盐生植物δ~(13)C与C/P成反比,且叶片P含量较高,表明植物可以提高P利用率以增大低水分利用率环境下的C合成和生物量。研究可为滨海湿地生态系统恢复与重建提供理论依据。     

艾比湖湿地自然保护区盐生植物的水分利用效率

测定了艾比湖湿地自然保护区3类盐生植物叶片的δ13C及叶片中主要生理指标,结果表明:所调查的3类盐生植物全部属于C3植物;3类盐生植物的δ13C平均值和水分利用效率差异不显著;在3类盐生植物中,稀盐型植物的吸收水分和叶片储水能力最强,而泌盐型植物对盐分胁迫的抗逆能力最大;水分的亏缺导致3种盐生植物叶片的δ13C值、叶片蛋白质、脯氨酸、可溶性糖含量、硝态氮和硝酸还原酶等下降;盐分环境未对泌盐、拒盐类植物产生胁迫性影响,但对于稀盐型植物产生了影响。     

8种盐生植物种子萌发特征与NaCl盐度的关系

耐盐植物的选育是盐渍土地生物改良的关键。通过对13个NaCl盐度梯度下，真盐生植物囊果碱蓬、盐地碱蓬、高碱蓬、盐角草、盐爪爪，泌盐植物大叶补血草、耳叶补血草、黄花补血草8种盐生植物的萌发试验，测定其种子发芽率、发芽势、发芽指数和相对盐害率等指标，研究不同NaCl盐度胁迫对其萌发特性的影响。结果表明：低盐度（50 mmol/L）能促进8种盐生植物的萌发；随着盐度的上升，盐角草、盐地碱蓬、囊果碱蓬、高碱蓬表现出较强的萌发耐盐性，发芽势和发芽指数优于其他植物；盐角草的萌发耐盐性最佳，在1000 mmol/L盐度下萌发率仍能达到54.0%。进一步通过S型生长曲线和线性模型分析得出，8种植物为对抗逆境大致分为"快速型"和"缓慢型"两种萌发策略；随盐度的升高，初始萌发时间和萌发高峰时间均不同程度的向后推迟。盐度≤200 mmol/L时，囊果碱蓬的萌发占据优势，其萌发速率大于其他植物，且差异显著；中盐度400 mmol/L左右时，盐地碱蓬和盐角草萌发最快，二者无显著差异；盐度≥600 mmol/L时，盐角草萌发速率较快，相比其他植物差异显著。泌盐植物的萌发耐盐适宜浓度和耐盐极限浓度均低于真盐生植物。8种植物均有作为氯化物为主盐渍土地区生物改良材料的潜力。     

盐生植物耐盐分子机制的研究进展

盐生植物是研究植物耐盐分子机制和分离耐盐基因的良好材料,可以反映植物对盐胁迫的适应策略。综述盐生植物响应盐胁迫的转录因子、渗透平衡调节、离子平衡调节、氧化还原平衡调节、光合作用调节及代谢变化,反映盐生植物在多个方面适应盐胁迫的策略。此外,还对盐生植物耐盐分子机制的研究前景作了展望。     

Ecophysiological adaptation of green roof plant Sedum lineare to temperature variation

以屋顶生长的佛甲草为材料,通过光照培养箱进行不同温度条件处理,分别测量了叶片的CO2交换、叶绿素含量、叶绿素荧光参数以及植株不同部位的碳同位素比率变化(δ13 C).结果表明:持续高温/低温、较大的昼夜温差和叶表面风力的条件下,佛甲草为适应环境变化,光合会由C3代谢途径转变成景天酸代谢途径(CAM),是兼性CAM植物.短期降温会使叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)发生不可逆失活,光合能力下降;复水后有助于PSⅡ的恢复和重建,而干旱天气会减缓恢复过程;在不利温度环境中生长的佛甲草老叶掉落较多,剩余叶片的叶绿素含量和Fv/Fm值增高,光合能力提高.δ13C测定结果显示,高温使嫩叶气孔导度降低,对成熟叶片气孔导度影响小,佛甲草茎杆虽然含有叶绿素,但没有明显的光合作用.     

植物盐胁迫应答蛋白质组学分析

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一,揭示植物盐胁迫应答的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础.近年来,人们利用高通量蛋白质组学技术分析了拟南芥、水稻等19种植物的盐胁迫应答蛋白质表达图谱.从植物类群(盐生植物和甜土植物)、组织器官(根、地上部分/茎、胚根和胚轴、叶片、花序和配子体)、细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞生物)和亚细胞结构(叶绿体、质膜和质外体)几方面整合分析了植物盐胁迫应答蛋白质组表达模式特征,主要特征包括:(1)盐生植物通过全面调节细胞骨架重塑、离子转运和区隔化、渗透平衡、活性氧(ROS)清除、信号转导、光合作用和能量代谢等信号与代谢网络体系,获得相对较高的抗/耐盐能力;(2)植物地上部分(叶片、茎、配子体)或光合组织细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞盐藻)通过调节参与光合作用、碳和能量代谢、ROS清除过程蛋白质的表达模式应对盐胁迫环境;(3)植物地下部分(根、胚根)通过调控信号转导和离子转运相关蛋白质感知/传递盐胁迫信号并维持离子平衡;(4)花序中参与渗透调节、转录调控、蛋白质加工和ROS清除的蛋白质在盐胁迫条件下变化显著;(5)叶绿体通过调控参与光合作用、蛋白质加工和周转,以及氧化还原系统平衡等过程应对盐胁迫;(6)质外体中参与细胞壁代谢、胁迫防御和信号转导过程的蛋白质受盐胁迫影响明显;(7)细胞膜中参与维持膜结构稳定、物质/离子运输和信号转导过程的蛋白质对植物盐胁迫应答具有重要作用.这些分析为深入研究植物耐盐的分子机制提供了重要信息.     

盐分对滨海湿地植物番杏生长和光合特征的影响

筛选耐盐又具有重要经济价值的植物品种是滨海地区生态修复工程的关键.本研究通过砂培方式对番杏(Tetragonia tetragonoides)幼苗进行不同盐度(0、100、200、300、400、600 mmol·L-1)处理,7周后测定其生长指标、生物量、光合和荧光参数,探讨番杏的耐盐能力.结果表明:番杏生长的适宜盐度范围为0～400 mmol·L-1,受抑制盐度为600mmol·L-1,说明番杏是一种耐盐性较高的盐生植物;番杏叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均随盐度的增加而降低,气孔限制值则相反;高盐通过影响番杏光合系统Ⅱ反应中心的关闭程度、光化学反应吸收光的比例和电子传递速率来抑制叶片光合速率,从而降低其生长速率;番杏是一种耐盐性高、具有食用价值的盐生植物,值得在滨海湿地生态修复工程重点推广.     

稳定性碳同位素在植物生理生态研究中的应用

稳定性碳同位素~(13)C/~(12)C比率是研究植物光合作用及有关的物质代谢、水分关系和生态系统中种间关系、进化及对环境的响应等的有效指标。δ~(13)C值与细胞间CO_2浓度及水分利用效率之间有一定的数量关系。光合作用过程中对碳同位素的辨别力主要是不同的CO_2扩散阻抗和羧化反应速率引起的结果。     

屋顶绿化植物佛甲草对温度梯度的生理生态适应

以屋顶生长的佛甲草为材料,通过光照培养箱进行不同温度条件处理,分别测量了叶片的CO2交换、叶绿素含量、叶绿素荧光参数以及植株不同部位的碳同位素比率变化(δ13C)。结果表明:持续高温/低温、较大的昼夜温差和叶表面风力的条件下,佛甲草为适应环境变化,光合会由C3代谢途径转变成景天酸代谢途径(CAM),是兼性CAM植物。短期降温会使叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)发生不可逆失活,光合能力下降;复水后有助于PSⅡ的恢复和重建,而干旱天气会减缓恢复过程;在不利温度环境中生长的佛甲草老叶掉落较多,剩余叶片的叶绿素含量和Fv/Fm值增高,光合能力提高。δ13C测定结果显示,高温使嫩叶气孔导度降低,对成熟叶片气孔导度影响小,佛甲草茎杆虽然含有叶绿素,但没有明显的光合作用。     

控温条件下C3、C4草本植物碳同位素组成对温度的响应

采取人工控制实验,探讨了6种C3、C4草本植物在昼/夜温度指标为20/12℃!36/28℃的范围内植物碳同位素组成(δ13C)及其对温度变化的响应,并结合植物比叶面积(SLA)、胞间CO2浓度(ci)与环境CO2浓度(ca)的比值、碳同化率(净光合速率Pn/胞间CO2浓度ci)等光合生长指标对植物δ13C的影响进行了分析。结果表明:所有C3、C4植物样品的δ13C值分别变化在-28.3‰!-32.1‰和-14.4‰!-17.6‰之间;在C3植物中,油菜δ13C值分布范围最集中,位于-31.1‰!-32.1‰之间;C4植物中,谷子δ13C值分布范围最窄。在控制的温度范围内,3种C3植物的平均δ13C值随温度升高而显著变低,而C4植物δ13C平均值与温度呈先增大后减小的抛物型关系,但线性回归结果未达到显著水平(P0.05)。单个植物种的δ13C值对温度的响应不同,茄子、高粱的δ13C值与温度呈线性负相关,其它4种植物与温度均呈二次抛物线关系,这可能与不同植物种具有不同的光合最适温度以及植物δ13C分馏对温度变化的敏感程度不同有关。