间隔子长度对美丽箬竹克隆分株水分生理整合效应的影响

克隆植物分株间隔子长度(即相邻分株间距离)可能对生理整合产生显著的影响,其抗氧化系统与光合色素的变化可能影响植物对水分异质性的响应能力。该研究以克隆植物美丽箬竹(Indocalamus decorus)为材料,设高[H,(90±5)%]、中[M,(60±5)%]和低[L,(30±5)%]3个基质相对含水率和2个水势梯度(H-L和M-L),测定了3种间隔子长度(10、25和40cm)根状茎相连克隆分株叶片抗氧化酶活性、相对电导率以及丙二醛(MDA)、可溶性蛋白质和光合色素含量,分析美丽箬竹水分生理整合的水分梯度效应、间隔子长度效应与时间效应。结果显示:(1)随处理时间的延长,分株叶片CAT活性、相对电导率及MDA含量均先升高后降低,而叶片SOD活性则与之相反;叶片POD活性和光合色素含量总体上呈"N"型变化,而可溶性蛋白质含量的变化趋势与POD活性呈倒"N"型。(2)水分梯度和间隔子长度均会对美丽箬竹分株间水分生理整合产生影响,随分株间隔子长度增大和水势梯度差减小,低水势受体分株叶片抗氧化酶活性、可溶性蛋白质含量和光合色素含量明显降低,而其相对电导率和丙二醛(MDA)含量明显升高;供体分株水势越高,分株间间隔子越长,供体分株叶片抗氧化酶活性、可溶性蛋白质和光合色素含量越高,而其相对电导率和MDA含量明显降低。研究表明,在异质水分环境下美丽箬竹克隆系统发生了从高水势向低水势分株的水分转移,分株间水势梯度差越大、间隔子长度越短,水分传输的整合强度越高,低水势受体分株获益越明显;随着处理时间的延长,分株间水分生理整合强度在处理前期增强,而在处理后期减弱,反映出供体分株与受体分株间损耗-受益在时间序列上是有变化的,且处理前期损耗-受益表现更为明显。     

美丽箬竹水分生理整合的分株比例效应——基于叶片抗氧化系统与光合色素

生理整合是克隆植物实现资源共享, 增强对异质生境适应能力的重要手段。其中, 水分生理整合是克隆植物最为重要的生理整合, 解析竹子水分生理整合特征对于竹林水分科学管理具有重要意义。该研究以分株地下茎相连的美丽箬竹(Indocalamus decorus)盆栽苗为试验材料, 设置2个盆栽基质相对含水率(高水势(90% ± 5%)和低水势(30% ± 5%))和5个分株比例(1:3、1:2、1:1、2:1、3:1, 高水势分株与低水势分株数量比值, 地下茎相连的分株总数12株)处理。处理后15、30、45、60天分别取不同处理的克隆分株成熟叶测定抗氧化酶活性、相对电导率和丙二醛含量、可溶性蛋白质含量、光合色素含量, 分析基于分株比例的美丽箬竹水分生理整合方向、强度和效率的变化规律。结果表明: 在异质水分条件下, 美丽箬竹分株间存在着从高水势供体分株向低水势受体分株进行水分转移的生理整合作用, 并随着分株比例的增大, 整合强度增强, 受体分株获益提高, 供体分株耗损增大。随着处理时间的延长, 处理前期分株间水分生理整合强度增强, 处理后期整合强度减弱, 反映出供体分株与受体分株间耗-益在时间序列上是有变化的, 处理前期耗-益更为明显。研究表明克隆系统分株比例对竹子水分生理整合有重要影响, 分株间水分梯度差是水分传导的潜在驱动力, 决定水分生理整合方向、强度和效率的是分株间水分供需关系。     

基于抗氧化系统的美丽箬竹水分生理整合作用分析

本文以分株相连的美丽箬竹(Indocalamus decorus)盆栽苗为试材,设置3个盆栽基质相对含水率(90%±5%高水势、60%±5%中水势、30%±5%低水势)和3个水势差处理(90%~60%、60%~30%、90%~30%),研究美丽箬竹克隆分株抗氧化系统对异质水分环境的响应规律,分析水分生理整合发生条件、方向和强度。结果表明:随处理时间的延长,美丽箬竹叶片MDA、可溶性蛋白质含量和CAT、POD活性总体上呈升高趋势;SOD活性呈降低趋势;随分株间水势差的增大,低水势处理分株叶片CAT、SOD活性和可溶性蛋白质含量升高,POD活性、MDA含量降低,高水势处理分株的变化规律相反,中水势处理分株叶片抗氧化生理指标总体上变化不明显;在异质水分环境下美丽箬竹克隆系统存在水分生理整合作用,分株首先保障自身的水分需求,当克隆分株同时存在水分丰盈、亏缺时,会发生强烈的从高水势向低水势分株的水分转移,分株间水势差越大,整合强度越高;克隆分株在水分生理整合上存在"利己"和"利他"行为。本研究为商品竹林水分人工供应提供了理论依据。     

美丽箬竹水分生理整合的分株比例效应——基于叶片抗氧化系统与光合色素

生理整合是克隆植物实现资源共享,增强对异质生境适应能力的重要手段。其中,水分生理整合是克隆植物最为重要的生理整合,解析竹子水分生理整合特征对于竹林水分科学管理具有重要意义。该研究以分株地下茎相连的美丽箬竹(Indocalamus decorus)盆栽苗为试验材料,设置2个盆栽基质相对含水率(高水势(90%±5%)和低水势(30%±5%))和5个分株比例(1:3、1:2、1:1、2:1、3:1,高水势分株与低水势分株数量比值,地下茎相连的分株总数12株)处理。处理后15、30、45、60天分别取不同处理的克隆分株成熟叶测定抗氧化酶活性、相对电导率和丙二醛含量、可溶性蛋白质含量、光合色素含量,分析基于分株比例的美丽箬竹水分生理整合方向、强度和效率的变化规律。结果表明:在异质水分条件下,美丽箬竹分株间存在着从高水势供体分株向低水势受体分株进行水分转移的生理整合作用,并随着分株比例的增大,整合强度增强,受体分株获益提高,供体分株耗损增大。随着处理时间的延长,处理前期分株间水分生理整合强度增强,处理后期整合强度减弱,反映出供体分株与受体分株间耗-益在时间序列上是有变化的,处理前期耗-益更为明显。研究表明克隆系统分株比例对竹子水分生理整合有重要影响,分株间水分梯度差是水分传导的潜在驱动力,决定水分生理整合方向、强度和效率的是分株间水分供需关系。     

遮阴对闽楠叶绿素含量和光合特性的影响

为探讨闽楠对不同光环境的光合适应机制,以2年生闽楠幼苗为材料,设置3个光照处理(全光照、遮光率50%和遮光率78%),适应6个月后,测定其叶绿素含量、气体交换和叶绿素荧光同步数据,研究不同光环境处理对闽楠叶片叶绿素含量、叶绿素荧光参数和光合特性的影响.结果表明: 3种光照处理下,闽楠叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)和类胡萝卜素含量大小次序为78%遮光率>50%遮光率>全光照,但不同光照处理对闽楠叶绿素a/b值没有显著影响.遮阴条件下,闽楠叶片光补偿点(LCP)降低,光饱和点(LSP)和表观量子效率(AQY)升高,说明遮阴条件下闽楠叶片对弱光和强光的利用能力均有所提高;最大净光合速率(P_{n max})、光下暗呼吸速率(R_d)和最大电子传递速率(J_max)均增大.在不同处理间,闽楠叶片净光合速率(P_n)、CO₂气孔导度(g_sc)、胞间CO₂浓度(C_i)和叶肉导度(g_m)均存在显著差异.P_n和g_m的大小顺序为: 78%遮光率>50%遮光率>全光照.78%遮光率处理下g_sc显著大于全光照.50%遮光率条件和78%遮光率条件下C_i均显著小于全光照.78%遮光率条件下PSⅡ实际光量子产量(F_v′/F_m′)、PSⅡ光化学效率(Φ_PSⅡ)和电子传递速率(J)均显著大于50%遮光率条件和全光照.由此可知,在遮阴条件下闽楠可以通过增加叶绿素含量、AQY、J、g_sc和g_m来增大光合能力.     

异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控

异质环境下,克隆植物通过生理整合机制使资源在分株间实现共享,提高了其对异质性环境的适应能力,具有重要的生态进化意义,研究生理整合机制及其调控机理可为进一步发掘克隆植物应用潜力提供理论依据。以野牛草3个相连分株为材料,对其中一个分株用30%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫,通过Hoagland营养液培养试验,研究了异质水分环境下光合同化物在野牛草相连分株间的生理整合及分株叶片与根系内源激素ABA与IAA含量的变化规律。结果表明,14C-光合同化物在克隆片断内存在双向运输,但以向顶运输为主,异质水分环境下,受胁迫分株光合同化物的输出率明显降低,而与其相邻分株合成的光合同化物向受胁迫分株方向运输率明显增加;异质水分环境下,各分株ABA含量均明显增加,但以受胁迫的分株叶片及根系ABA的含量增加幅度最大,各分株IAA含量较对照均显著下降(P0.05),且以受胁迫分株IAA含量下降幅度最大;各分株叶片与根系ABA/IAA均显著提高(P0.05),相邻分株ABA/IAA增加幅度低于受胁迫分株。异质水分环境影响野牛草克隆分株间光合同化物的生理整合,且ABA与IAA在分株间光合同化物运输与分配过程中具有重要的调节作用。     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.     

不同生育期持续干旱对玉米的影响及其与减产率的定量关系

为了探究不同生长阶段土壤水分含量持续下降过程对玉米生长发育和产量形成的影响,通过设置遮雨棚人工控水试验,分析不同生长阶段持续干旱条件下玉米株高、叶面积指数(LAI)、光合性能、地上生物量和产量等生理生态指标的动态变化.试验因素为控水时段和控水持续时间,从拔节普遍期开始分别控水20(T₁)和27 d(T₂),从抽雄普遍期开始控水20(T₃)和27 d(T₄),加上不控水对照(CK),共5个处理.结果表明: 持续干旱导致植株叶片卷曲、打绺,下部叶片衰老加快,对LAI影响较大,从而降低生物量的累积与籽粒产量.T₁～T₄处理结束时LAI分别为CK的74.9%、68.2%、60.5%和48.3%.玉米植株在经历持续控水后,叶片最大净光合速率(P_{n max})逐渐下降,T₁(T₃)和T₂(T₄)处理结束时P_{n max}分别降至CK的23%及不足10%,复水2周后,P_{n max}能恢复到CK的90%左右.T₁和T₂处理产量较CK分别下降18.5%和24.0%,T₃和T₄处理分别减产41.6%和45.8%.抽雄期持续干旱对玉米地上生物量及产量构成的影响大于拔节期干旱.干旱程度(D)能够定量表示土壤干旱状况,与玉米减产率存在线性定量关系,可通过计算D来预测玉米的减产情况.     

弱光胁迫影响夏玉米光合效率的生理机制初探

大田条件下, 以普通夏玉米(Zea mays) ‘泰玉2号’为材料, 于授粉后1-20天遮光55% (+S), 以大田自然光照条件下生长的玉米作为对照(-S), 研究了遮光及恢复过程中玉米植株的光合性能、叶绿体荧光参数、叶黄素循环以及光能分配的变化, 初步揭示夏玉米开花后弱光条件下光适应的生理机制, 为玉米高产稳产提供理论依据。结果表明, 遮光后玉米穗位叶叶绿素含量及可溶性蛋白含量均减少, RuBP羧化酶和PEP羧化酶活性显著降低, 导致穗位叶净光合速率(P_n)迅速下降, 光饱和点也明显降低; 恢复初期P_n迅速升高, 光合关键酶活性有所增强。遮光后植株的最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Ф_PSII)显著降低, 非光化学淬灭(NPQ)则显著升高, 而恢复初期植株穗位叶Ф_PSII有所升高, 表明突然暴露在自然光下的光合电子传递速率明显加快, 这与其光合速率及光合酶活性的趋势保持一致; 遮光处理对穗位叶叶黄素循环库的大小(紫黄质+花药黄质+玉米黄质(V + A + Z))影响不显著, 但使叶黄素循环的脱环氧化状态(A + Z)/(V + A + Z)增加; 遮光后植株分配于光化学反应的光能明显减少, 天线耗散光能比率显著增加, 恢复过程中植株主要以过剩非光化学反应的形式耗散过剩的光能。遮光后及恢复初期, 玉米植株的PSII原初光化学活性明显下降, 限制了光合碳代谢的电子供应从而抑制了光合作用, 主要依赖叶黄素循环途径进行能量耗散, 而在光照转换后遮光的玉米叶片在适应自然光过程中的光保护机制不断完善, 光合能力逐渐得到 恢复。     

长白落叶松冠层光合作用的空间异质性

以2014年黑龙江省帽儿山林场14年生人工长白落叶松为研究对象,对比分析了各项光合指标、环境因子及光合生理参数在冠层内的空间差异性,并探讨了净光合速率(P_n)与其他指标的关系.结果表明: 在树冠垂直方向,上层P_n、气孔导度(g_s)和蒸腾速率(T_r)显著高于中层和下层,胞间CO₂浓度(C_i)表现为下层>中层>上层;光合有效辐射(PAR)从上层外部到下层内部呈显著降低趋势,水汽压差(VPD)和叶片温度(T_l)表现为上层显著高于中层和下层,相对湿度(RH)则无显著差异;最大净光合速率(P_{n max})、暗呼吸速率(R_d)、光补偿点(LCP)和光饱和点(LSP)均表现为上层>中层>下层,下层比上层分别降低32.7%、55.8%、80.2%和51.6%,表观量子效率(AQY)表现为下层>中层>上层,下层分别是中层和上层的1.2和1.3倍.水平方向,光合指标和环境因子的差异性主要体现在树冠上层,P_n、g_s、T_r、PAR和VPD表现为树冠外部显著高于树冠内部,而C_i和RH差异不显著;P_{n max}、R_d、LCP和LSP表现为外部>内部,内部比外部分别降低0.4%、37.7%、42.0%和16.4%,而AQY在内部比外部高0.7%.C_i是限制P_n的主要生理因子,PAR是影响P_n的主要环境因子,尤其在弱光区域PAR对P_n的影响十分明显.因此,在模拟和预估树木冠层光合作用时,考虑空间异质性有一定的必要性.     

光强对比度对大米草克隆整合作用的影响

通过温室控制试验,分析不同光强及光强对比度处理下克隆植物大米草生长性状的差异,研究同质异质光强条件下克隆整合对大米草响应遮阴能力的修饰作用.结果表明： 在同质条件下,大米草在无遮阴(高光强：温室内自然光照强度)条件下的生物量显著大于中度遮阴(中光强：光照强度为高光强的70%)和深度遮阴(低光强：光照强度为高光强的30%).在低对比度异质性光强条件下(分株对的一个分株不遮阴,另一个分株中度遮阴),大米草遮阴分株的叶片数、根长和生物量均显著高于同质中度遮阴处理,而无遮阴分株各生长指标与同质无遮阴处理相比均无显著差异.因此,在低对比度异质性光强下,大米草受体(遮阴)分株通过克隆整合显著受益;同时,对供体(非遮阴)分株没有显著的耗损.然而,在高对比度处理下(分株对的一个分株不遮阴,另一个分株深度遮阴),克隆整合对受体(遮阴)分株的效应不显著.大米草的克隆整合并不随着光强对比度的增加而增加.在自然生境中度遮阴情况下,克隆整合可以提高大米草的生长和克隆繁殖能力,但在深度遮阴情况下,克隆整合对大米草适应性的作用可能很小.     

Clonal integration affects growth and sediment properties of the first ramet generation,but not later ramet generations under severe light stress

克隆整合影响严重光胁迫下第一分株世代的生长和沉积物特征但不影响 后续分株世代的生长和沉积物特征 克隆整合通过缓冲环境压力和提高资源获取效率使克隆植物受益。然而,在一个克隆系统中,受益于克隆整合的连接分株世代的数量很少受到关注。我们进行了一个盆栽实验来评估沉水植物苦草 (Vallisneria natans)克隆系统内的生理整合程度,该克隆系统由一个母株和3个依次连接的后代分株组成。 母株生长在正常光照下,而后代分株被严重遮荫。母株与后代分株间的匍匐茎被切断或保持连接,但3个后代分株之间的连接仍然存在。与遮荫的后代分株连接时,苦草未遮荫的母株的光合能力显著增强,但其生物量积累大大减少。克隆整合显著增加了第一分株世代(相邻分株)的生物量积累和土壤的碳氮可用性、胞外酶活性和微生物生物量,但没有增加后续分株世代的这些特征。我们的结果表明,在严重光胁迫下,来自苦草母株的支持可能仅限于克隆系统中相邻的后代分株,这暗示着一个分株世代的效应。我们的结果有助于更好地理解克隆植物的层次结构和分段化。这些发现表明克隆整合程度在分株种群的生态相互作用中起着至关重要的作用。     

Benefits of clonal integration between interconnected ramets of Vallisneria spiralis in heterogeneous light environments

Interconnected ramets of the submersed macrophyte Vallisneria spiralis were subjected to two homogeneous treatments (shading or not shading whole plants) and two heterogeneous treatments (only shading basal or apical ramets of plants). The benefits and costs of clonal integration between connected ramets grown in heterogeneous treatments were examined. Results showed that shading apical ramets induced significant benefits to the performance of whole plant in terms of dry weight per plant (P < 0.01) and number of ramets per plant (P < 0.05). Especially for the unshaded basal ramets, their dry weight, number of ramets, number of branches and total stolon length were 89%, 30%, 29% and 58% higher than the corresponding ramets in homogeneous treatment, respectively. Compared to their controls in homogeneous treatments, unshaded basal ramets produced more leaf mass (0.15 g versus 0.11 g) whereas shaded apical ramets produced more root mass (0.012 g versus 0.008 g). However, there was a different pattern of integration when basal ramets were shaded. Shading basal ramets led to a significant decrease in stolon growth, but the individual performance of shaded ramets improved. Cost-benefit analyses revealed that dry weight per ramet of basal shaded ramets was 31% greater than that of basal shaded ramets in the homogeneous treatment. We can conclude that V. spiralis can benefit from clonal integration in heterogeneous light environments, but that the scale of these benefits is related to the quality of light environments where the clone become established.     

Clonal integration ameliorates the carbon accumulation capacity of a stoloniferous herb,Glechoma longituba,growing in heterogenous light conditions by facilitating nitrogen assimilation in the rhizosphere

Background and Aims Enhanced availability of photosynthates increases nitrogen (N) mineralization and nitrification in the rhizosphere via rhizodeposition from plant roots. Under heterogeneous light conditions, photosynthates supplied by exposed ramets may promote N assimilation in the rhizosphere of shaded, connected ramets. This study was conducted to test this hypothesis.Methods Clonal fragments of the stoloniferous herb Glechoma longituba with two successive ramets were selected. Mother ramets were subjected to full sunlight and offspring ramets were subjected to 80 % shading, and the stolon between the two successive ramets was either severed or left intact. Measurements were taken of photosynthetic and growth parameters. The turnover of available soil N was determined together with the compostion of the rhizosphere microbial community.Key Results The microbial community composition in the rhizosphere of shaded offspring ramets was significantly altered by clonal integration. Positive effects of clonal integration were observed on NAGase activity, net soil N mineralization rate and net soil N nitrification rate. Increased leaf N and chlorophyll content as well as leaf N allocation to the photosynthetic machinery improved the photosynthetic capability of shaded offspring ramets when the stolon was left intact. Clonal integration improved the growth performance of shaded, connected offspring ramets and whole clonal fragments without any cost to the exposed mother ramets.Conclusions Considerable differences in microbial community composition caused by clonal integration may facilitate N assimilation in the rhizosphere of shaded offspring ramets. Increased N content in the photosynthetic machinery may allow pre-acclimation to high light conditions for shaded offspring ramets, thus promoting opportunistic light capture. In accordance with the theory of the division of labour, it is suggested that clonal integration may ameliorate the carbon assimilation capacity of clonal plants, thus improving their fitness in temporally and spatially heterogeneous habitats.     

Effects of light quality and quantity on growth of the clonal plant Eichhornia crassipes

Summary Plant canopy shade reduces photosynthetic photon flux density (PPFD) and ratio of red to far-red light (z). Both effects can cause plants to increase potential for light acquisition through vertical growth and leaf area expansion. Clonal plants such as Eichhornia crassipes might alternatively increase light interception via horizontal growth of stolons or rhizomes and placement of new ramets in less shaded microsites. Effect of simulated canopy shade and component effects of PPFD and z were tested by filtering or adding light uniformly, to a whole group of connected ramets, or locally, to individual ramets within a group. In uniform treatments, low PPFD reduced total growth but low z did not. Low PPFD and low z independently reduced stolon and ramet production and caused etiolation of petioles; effect of low PPFD plus low z on ramet production was greater than that of either factor alone. Lateral clonal growth thus did not seem to be a response to uniform shading; instead, uniformly low PPFD or low z increased partitioning to established ramets. Low z changed partitioning without changing total growth. In local treatments, reduction of growth of individual ramets due to low PPFD and inhibition of new ramet production attributable to spectral composition of light were mitigated when connected ramets were unshaded; plants may respond differently to patchy than to uniform shade.     

匍匐茎草本绢毛匍匐委陵菜对局部遮荫的克隆可塑性

采自林窗和林内生境的绢毛匍匐委陵菜 (PotentillareptansL .var.sericophyllaFranch)“分株对”(即由一匍匐茎节间相连着的两个分株 ,其一为“目标分株” ,另一为“相连分株”)在一户外实验中经历了全不遮荫、全部遮荫和局部遮荫处理。该植物的基株生物量、匍匐茎总长度、分株数、匍匐茎比节间重、叶柄长、比叶柄重在遮荫条件下较小。匍匐茎节间长度没有对遮荫处理发生反应。在局部遮荫处理 ,遮荫斑块的分株的叶柄长度由于连着未遮荫斑块中分株而变得更长。这种克隆整合对克隆形态可塑性的修饰作用只在林窗生境来源的实验植物中观察到。其他克隆生长和克隆形态特征的可塑性在不同生境来源的实验植物间没有差异。