淹水胁迫对不结球白菜幼苗光合特性的影响

以不结球白菜(Brassica campestris ssp.chinensis Makino)‘新矮青’为材料,研究了不同淹水处理(根淹、半淹)对其幼苗叶片光合参数、叶绿素含量、荧光参数的影响。结果显示:淹水5 d时,根淹和半淹处理使不结球白菜的净光合速率(P n)、气孔导度(G s)、蒸腾速率(T r)、最大光化学效率(F v/F m)显著下降,分别为对照的43.1%和22.1%(根淹和半淹,下同)、26.4%和14.3%、40.2%和33.2%、87.9%和77.1%;淹水处理使不结球白菜的叶绿素含量、PSⅡ有效光化学量子产量(Yield)、电子传递速率(ETR)也显著下降;根淹和半淹处理使不结球白菜的水分利用效率(WUE)、光化学猝灭系数(q P)呈下降趋势,而胞间CO2浓度(Ci)、非光化学猝灭系数(q N)显著上升,分别为对照的105.3%和115.6%、120.6%和147.4%。这表明淹水胁迫能显著影响不结球白菜的相关光合指标,且随着淹水时间的延长和淹水深度的增加,不结球白菜受到的胁迫损伤不断加重。     

淹水胁迫对不结球白菜渗透调节物质含量的影响

以不结球白菜‘新矮青’品种为材料,研究了不同时间(1、3、5、7d)和不同程度(根淹、半淹、全淹)淹水处理及解除淹水恢复生长后叶片内渗透调节物质含量的变化规律。结果表明:(1)在根淹和半淹胁迫处理下,不结球白菜叶片中可溶性糖、可溶性蛋白和游离脯氨酸含量随处理时间的延长呈先上升后下降的趋势;全淹胁迫下,这3种渗透调节物质的含量随处理时间的延长出现不同程度的下降。(2)解除淹水恢复生长7d后,各处理组的不结球白菜叶片中渗透调节物质的含量在短期(1d)淹水下基本恢复正常,在长期淹水条件下未完全恢复;全淹处理组恢复能力较弱,而根淹处理组恢复能力相对较强;可溶性糖的恢复幅度高于可溶性蛋白和游离脯氨酸。     

根肿病对不结球白菜的生长及生理生化物质和活性氧代谢的影响

以不结球白菜主栽品种‘新夏青2号’和‘新矮青’为试验材料,采用人工气候箱内接种鉴定的方法,研究了感染根肿病对不结球白菜植株幼苗生长、生理生化物质及活性氧代谢的影响。结果显示:(1)与未感病植株(0级)相比,感染根肿病(3级)植株株高、柄长、叶面积及地上部鲜重和叶片中的叶绿素含量均显著降低,根冠比随着感病等级的增大而提高,使幼苗植株生长受到显著抑制,且‘新夏青2号’比‘新矮青’所受抑制程度更强。(2)感病后植株叶片的可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸以及叶片、根系中的脯氨酸等渗调物质的含量均比未感病植株显著降低,而叶片和根系中丙二醛(MDA)的含量显著升高,且除游离氨基酸以外‘新夏青2号’感病植株其他渗调物质的升降幅度均大于‘新矮青’。(3)感病植株叶片中硝酸根离子(NO3-)含量、硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性均比未感病(0级)植株降低,直接影响植株的氮素吸收利用能力。(4)植株感病后,叶片和根系中4种抗氧化酶(SOD、POD、CAT和APX)的活性均不同程度降低,且SOD、POD和CAT活性在根系中的降幅大于叶片,而‘新矮青’的感病3级植株根系和叶片中各酶活性的降幅均低于‘新夏青2号’(除叶片中CAT酶活性外)。研究表明,不结球白菜受到根肿病侵染后,各类生理生化物质含量和活性氧代谢均受到影响,膜脂过氧化程度加大,使不结球白菜的光合利用能力、吸收能力、渗透调节能力及抗氧化能力均受到抑制,最终影响植株的整个生长过程;品种‘新矮青’对根肿病的抗性高于‘新夏青2号’;可溶性蛋白、抗氧化酶活性和MDA可以作为不结球白菜早期筛选抗根肿病的生理指标。     

D-精氨酸对低氧胁迫下黄瓜幼苗根系多胺含量和无氧呼吸代谢的影响

采用营养液水培法,研究了根际低氧胁迫下D-精氨酸（D-Arg）对两个抗低氧能力不同的黄瓜品种根系中多胺含量和无氧呼吸代谢的影响.结果表明,低氧处理下,黄瓜幼苗根系中多胺含量显著增加,无氧呼吸代谢能力提高;与抗低氧能力弱的‘中农八号’相比,抗低氧能力强的‘绿霸春四号’根系中乙醇发酵活性较高,乳酸发酵活性较低;低氧胁迫下,D-精氨酸能显著降低黄瓜幼苗根系中腐胺、亚精胺和精胺含量,根系中乙醇脱氢酶（ADH）和乳酸脱氢酶（LDH）活性增加,乙醇和乳酸含量升高,植株生长受到抑制,而外源腐胺能缓解D-精氨酸的这种作用.说明黄瓜幼苗根系中较高的多胺含量可能有利于缓解低氧胁迫对植株造成的伤害.     

外源亚精胺对低氧胁迫下黄瓜根系多胺含量和呼吸代谢酶活性的影响

采用营养液水培,研究了根际低氧胁迫下外源亚精胺对2个抗低氧能力不同的黄瓜品种(‘中农八号’和‘绿霸春四号’)根系中多胺含量和呼吸代谢相关酶活性的影响.结果表明,单纯低氧处理下,黄瓜幼苗根系中腐胺、亚精胺和精胺含量显著提高,异柠檬酸脱氢酶(IDH)和琥珀酸脱氢酶(SDH)活性显著降低,乳酸脱氢酶(LDH)、乙醇脱氢酶(ADH)和丙酮酸脱羧酶(PDC)活性显著提高.同时,与抗低氧能力弱的‘中农八号’相比,抗低氧能力强的‘绿霸春四号’根系LDH活性增加幅度较低,ADH活性增加幅度较高,IDH和SDH活性降幅也较小;外源亚精胺能显著提高低氧胁迫下黄瓜幼苗根系中亚精胺和精胺含量,降低腐胺含量;根系中LDH、ADH和PDC活性降低,IDH和SDH活性升高,说明黄瓜幼苗根系中较高的亚精胺、精胺含量可能有利于提高根系有氧呼吸能力,缓解低氧胁迫对植株的伤害.     

土壤紧实胁迫对黄瓜根系呼吸代谢的影响

用容重分别为1.20和1.55 g· cm-3的土壤进行盆栽试验,研究了土壤紧实胁迫对‘津春4号'黄瓜根系呼吸代谢的影响.结果表明:土壤紧实胁迫条件下,黄瓜根系中丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶活性显著提高;无氧呼吸主要产物(乙醇、乙醛和乳酸)含量显著升高;参与有氧呼吸的苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶活性显著下降,丙酮酸和琥珀酸含量显著提高,苹果酸含量显著下降.说明在土壤紧实胁迫条件下,黄瓜根系的有氧呼吸受到显著抑制,无氧呼吸过程加强.     

根际低氧逆境对网纹甜瓜幼苗生长及根系呼吸代谢途径的影响

 以耐低氧性具有明显差异的两个网纹甜瓜(Cucumis melo var. raticulalus)品种为试材,研究了根际低氧胁迫下幼苗生长、根系活力及根系呼吸关键酶活性的变化。结果表明,根际低氧胁迫下,两品种幼苗生长均受到明显抑制,而根系活力升高;根系PDC活性两品种均显著提高,品种间无显著差异; MDH活性两品种均显著降低,且耐低氧性弱的‘西域一号’下降幅度较大;根系ADH和LDH活 性两品种均显著提高,耐低氧性强的‘东方星光’ADH活性增加的幅度显著高于耐低氧性弱的 ‘西域一号’,而‘西域一号’LDH活性增加幅度显著高于‘东方星光’。说明‘东方星光 ’在低氧胁迫下能保持较高的有氧呼吸水平,无氧呼吸的主要途径为乙醇发酵,而‘西域一 号’在低氧胁迫下无氧呼吸的主要途径为乳酸发酵。     

土壤紧实胁迫对黄瓜根系呼吸代谢的影响

用容重分别为1.20和1.55 g·cm^-3的土壤进行盆栽试验,研究了土壤紧实胁迫对‘津春4号’黄瓜根系呼吸代谢的影响.结果表明: 土壤紧实胁迫条件下,黄瓜根系中丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶和乳酸脱氢酶活性显著提高;无氧呼吸主要产物(乙醇、乙醛和乳酸)含量显著升高;参与有氧呼吸的苹果酸脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶活性显著下降,丙酮酸和琥珀酸含量显著提高,苹果酸含量显著下降.说明在土壤紧实胁迫条件下,黄瓜根系的有氧呼吸受到显著抑制,无氧呼吸过程加强.     

根际低氧胁迫对黄瓜幼苗根系呼吸代谢的影响

采用营养液栽培方法,研究了低氧胁迫对两个耐低氧能力不同的黄瓜品种根系呼吸代谢的影响.结果表明：低氧胁迫下,两个黄瓜品种根系三羧酸循环显著受阻,无氧呼吸代谢被促进.与耐低氧能力较弱的中农8号相比,耐低氧能力较强的绿霸春4号根系琥珀酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶活性的降低幅度较小,乳酸脱氢酶活性、乳酸和丙酮酸含量的增加幅度较小,而丙酮酸脱羧酶、乙醇脱氢酶活性及乙醇、丙氨酸含量的增加幅度较大;低氧胁迫8d时,与相应对照相比,绿霸春4号根系乙醇脱氢酶活性及乙醇和丙氨酸含量分别增加了409.30%、112.13%和30.64%,中农8号根系分别增加了110.42%、31.84%和4.78%,这是两个黄瓜品种耐低氧能力差异的主要生理原因.两品种幼苗根系丙氨酸氨基转移酶活性和乙醛含量没有显著差异.表明低氧胁迫下黄瓜根系乙醇发酵代谢途径的增强和丙氨酸的积累有利于防御低氧伤害.     

长期水淹对‘中山杉118’幼苗呼吸代谢的影响

中山杉(Taxodium‘Zhongshansha’)具有极强的耐淹性,但其耐淹机理仍没有明确。该研究以‘中山杉118’(Taxodium‘Zhongshansha 118’)幼苗为对象,在经过93天不同水淹处理(对照、水浸、浅淹、深淹)后测定中山杉叶片和根系的无氧呼吸酶活性、淀粉及可溶性糖含量、生物量以及根系活力,从能量消耗的角度初步探索了中山杉的耐淹性。结果表明:长期水淹使中山杉叶片与根系中3种无氧呼吸酶(乙醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、乳酸脱氢酶)活性显著增加,且叶片与根系的乙醇脱氢酶活性均高于乳酸脱氢酶活性,中山杉的根系和叶片是通过加强以酒精发酵为主的无氧呼吸适应长期缺氧环境;不同水淹处理的叶片中3种无氧呼吸酶活性均高于根系,叶片对缺氧环境更加敏感;中山杉叶片和根系淀粉、可溶性糖含量均随水淹深度的增加显著增加,根系淀粉含量显著高于叶片,可溶性糖含量低于叶片;中山杉根系淀粉含量高是其能够长期忍受水淹的重要原因,且中山杉适应长期水淹的策略为忍耐型;经受长期水淹后中山杉根茎结合部长出气生根及茎基部膨大,同时根系外壁的木质化能将根系与外部水淹环境隔离,具有很强的耐淹性,可作为湿地生态修复、消落带生物治理的优良植物材料。     

土壤各组分呼吸区分方法研究进展

土壤呼吸分为自养型呼吸(根呼吸)和异养型呼吸(微生物和动物呼吸),区分各组分呼吸可了解在全球变化条件下土壤碳循环和碳平衡的动态。本文综述了3种主要区分自养呼吸和异养呼吸的方法:①组分法;②根去除术;③同位素法。其中同位素法对根和土壤的影响最小,是最可靠的一种方法;综合各方面考虑,根去除法是最切实可行的方法。     

三源区分土壤呼吸组分研究

三源区分土壤呼吸组分是指将土壤呼吸区分为纯根呼吸、根际微生物呼吸和土壤有机质呼吸3个部分。土壤有机质呼吸、纯根呼吸和根际微生物呼吸是3种不同的生物学过程,这3种呼吸对环境变化具有不同的响应机制。区分土壤呼吸中由根系引起的自养和异养呼吸组分的研究对定量评价陆地生态系统碳平衡具有重要的意义。论述了三源区分土壤呼吸组分的意义、方法和应用,分析了不同条件下土壤呼吸组分区分的研究结果。实验室纯根和根际微生物呼吸占根源呼吸比重约为45%和55%;野外条件下约为60%和40%。最后对本研究未来的发展方向进行了展望。     

湖南会同林区毛竹林地的土壤呼吸

采用CID-301PS光合分析仪(配带土壤呼吸室),对湖南会同林区毛竹林地土壤呼吸进行测定,结果表明,毛竹林地土壤总呼吸速率、异养呼吸速率、自养呼吸速率及凋落物呼吸速率的年平均值分别为2.13、1.44、0.69μmolCO2·m-2·s-1和0.31μmolCO2·m-2·s-1,并呈现明显的季节变化规律和日变化规律,季节变化曲线呈单峰型,表现为1～7月份随着气温、地温的升高呈上升的趋势,在8月达年呼吸速率的最大值,分别达4.95、3.01、1.94μmolCO2·m-2·s-1和0.80 μmolCO2·m-2·s-1,此后随温度的降低而呈逐渐递减的趋势,直到翌年的1月份或2月份,分别为0.76、0.70、 0.06μmolCO2·m-2·s-1 和 0.05μmolCO2·m-2·s-1.日变化曲线图表现为单峰形态,一般也是随着温度的升高而加大,随着温度的降低而减小.6:00～14:00,随着土壤温度的升高而增加,一般在16:00～18:00出现最高峰,此后,一直递减,直到次日4:00～8:00.由此计算出毛竹林地土壤年释放CO2量为33.94 t·hm-2·a-1,其中,林地异养呼吸、自养呼吸和凋落物呼吸分别占总呼吸的59.5%、28.3%和12.2%.     

Respiratory responses of higher plants to atmospheric CO2 enrichment

Although the respiratory response of native and agricultural plants to atmospheric CO₂ enrichment has been reported over the past 75 years, only recently have these effects emerged as prominent measures of plant and ecosystem response to the earth's changing climate. In this review we discuss this rapidly expanding field of study and propose that both increasing and decreasing rates of leaf and whole-plant respiration are likely to occur in response to rising CO₂ concentrations. While the stimulatory effects of CO₂ on respiration are consistent with our knowledge of leaf carbohydrate status and plant metabolism, we wish to emphasize the rather surprising short-term inhibition of leaf respiration by elevated CO₂ and the reported effects of long-term CO₂ exposure on growth and maintenance respiration. As is being found in many studies, it is easier to document the respiratory response of higher plants to elevated CO₂ than it is to assign a mechanistic basis for the observed effects. Despite this gap in our understanding of how respiration is affected by CO₂ enrichment, data are sufficient to suggest that changes in leaf and whole-plant respiration may be important considerations in the carbon dynamics of terrestrial ecosystems as global CO₂ continues to rise. Suggestions for future research that would enable these and other effects of CO₂ on respiration to be unravelled are presented.     

中国森林土壤呼吸模式

通过收集国内62个森林样地的土壤呼吸及相关因子数据,分析中国森林土壤呼吸模式.结果表明,中国森林土壤呼吸年通量与年均气温、年均降水量、年凋落物量和年地上净生产力均呈显著的线性正相关,土壤呼吸的Q10则与年均气温和年均降水量均呈显著的负相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸与土壤呼吸间均呈显著线性正相关;土壤异养呼吸和枯枝落叶层呼吸与年凋落物量呈显著正相关;土壤异养呼吸与自养呼吸间呈显著的线性正相关.根系呼吸、枯枝落叶层呼吸、矿质土壤呼吸占土壤呼吸的比例均值分别为34.7%、20.2%和50.2%.矿质土壤呼吸所占比例与气温和降水量呈显著负相关,而异养呼吸所占比例则与降水量呈显著负相关.根系呼吸所占比例与根系呼吸之间呈渐近线关系(渐近值为45.9%).     

Does the different photosynthetic pathway of plants affect soil respiration in a subtropical wetland?

Plants with different photosynthetic pathways could produce different amounts and types of root exudates and debris which may affect soil respiration rates. Therefore, wetland vegetation succession between plants with different photosynthetic pathways may ultimately influence the wetland carbon budget. The middle and lower reaches of the Yangtze River has the largest floodplain wetland group in China. Tian'e Zhou wetland reserve (29°48'N, 112°33′E) is located in Shishou city, Hubei province and covers about 77.5 square kilometers. Hemathria altissima (C4) was found gradually being replaced by Carex argyi (C3) for several years in this place. An in situ experiment was conducted in Tian'e Zhou wetland to determine the change of soil respiration as the succession proceeds. Soil respiration, substrate‐induced respiration, and bacterial respiration of the C4 species was greater than those of the C3 species, but below‐ground biomass and fungal respiration of the C4 species was less than that of the C3 species. There were no significant differences in above‐ground biomass between the two species. Due to the higher photosynthesis capability, higher soil respiration and lower total plant biomass, we inferred that the C4 species, H. altissima, may transport more photosynthate below‐ground as a substrate for respiration. The photosynthetic pathway of plants might therefore play an important role in regulating soil respiration. As C. argyi replaces H. altissima, the larger plant biomass and lower soil respiration would indicate that the wetland in this area could fix more carbon in the soil than before.     

土壤微生物与根系呼吸作用影响因子分析

土壤呼吸作用作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,是当前碳循环研究中的热点问题.对于土壤呼吸作用主要组成部分土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用影响因子的研究,有助于准确地评估全球碳收支.本文从气候、土壤、植被及地表覆被物、大气CO₂浓度、人为干扰等方面综述了土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用的主导影响因子,指出这些影响因子不仅直接或间接地影响土壤微生物呼吸作用和根系呼吸作用,而且它们之间相互作用、相互影响,且各影响因子的地位和作用会随时空尺度变化发生相应改变.在此基础上,论文提出了未来土壤呼吸作用的研究重点.     

马尾松林土壤呼吸组分对不同营林措施的响应

针对不同营林措施(对照、除灌、采伐1(15%)、采伐2(70%)后的三峡库区马尾松飞播林,采用LI-8100对其土壤呼吸组分的呼吸速率和土壤温度、湿度进行为期1年的连续观测分析表明,不同营林措施对土壤呼吸组分的影响不同。1)观测期内,各营林措施下凋落物层呼吸速率差异并不显著,对照、除灌、采伐1、采伐2的根呼吸速率均值分别为:1.00、0.83、0.86、1.11μmolCO_2m~(-2)s~(-1);采伐处理下矿质土壤呼吸显著高于对照和除灌(P0.05);2)与对照相比,营林措施并未显著改变凋落物呼吸对于土壤总呼吸的贡献率(18.78%-23.70%),但降低了根呼吸的贡献率,其中以采伐1最为显著(P0.05);除灌的矿质土壤呼吸贡献率(37.00%)与对照(38.32%)相近,而采伐1(45.63%)和采伐2(43.07%)均显著增加了矿质土壤呼吸的贡献率,矿质土壤呼吸的变化是造成采伐措施下土壤呼吸变化的主要土壤呼吸组分;3)营林后仅采伐2措施下土壤温湿度显著高于对照,土壤温湿度双因子模型较单因子模型能更好的解释土壤呼吸组分变化,但仅能解释其部分变化(4.6%-59.3%),仍需对营林后其他相关因子进行深入的综合研究。     

Pyrobaculum calidifontis sp. nov., a novel hyperthermophilic archaeon that grows in atmospheric air

A novel, facultatively aerobic, heterotrophic hyperthermophilic archaeon was isolated from a terrestrial hot spring in the Philippines. Cells of the new isolate, strain VA1, were rod-shaped with a length of 1.5 to 10 microm and a width of 0.5 to 1.0 microm. Isolate VA1 grew optimally at 90 to 95 degrees C and pH 7.0 in atmospheric air. Oxygen served as a final electron acceptor under aerobic growth conditions, and vigorous shaking of the medium significantly enhanced growth. Elemental sulfur inhibited cell growth under aerobic growth conditions, whereas thiosulfate stimulated cell growth. Under anaerobic growth conditions, nitrate served as a final electron acceptor, but nitrite or sulfur-containing compounds such as elemental sulfur, thiosulfate, sulfate and sulfite could not act as final electron acceptors. The G+C content of the genomic DNA was 51 mol%. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA sequences indicated that strain VA1 exhibited close relationships to species of the genus Pyrobaculum. A DNA-DNA hybridization study revealed a low level of similarity (< or = 18%) between strain VA1 and previously described members of the genus Pyrobaculum. Physiological characteristics also indicated that strain VA1 was distinct from these Pyrobaculum species. Our results indicate that isolate VA1 represents a novel species, named Pyrobaculum calidifontis.     

青藏高原东缘亚高山针叶林人工恢复过程中的土壤呼吸特征

采用动态密闭气室红外CO₂分析法,对青藏高原东缘云杉人工林的土壤呼吸进行连续定位测定,并用挖壕沟法区分土壤自养呼吸和异养呼吸.结果表明:4种云杉林的土壤呼吸速率与土壤5 cm层温度有显著的正指数关系,与土壤含水量的相关性不显著.4种云杉林土壤呼吸年通量在792.08～1070.20 g C·m^-2·a^-1,大小依次为：天然云杉林＞22年生云杉人工林＞65年生云杉人工林＞35年生云杉人工林,随着人工林的恢复呈先降低后升高的趋势.在森林恢复过程中,人工云杉土壤自养和异养呼吸年通量均先减少后增加, 在253.36～357.05 g C·m^-2·a^-1和538.69～703.82 g C·m^-2·a^-1范围变化.22年生、35年生、65年生云杉人工林和天然云杉林非生长季 （2007-11—2008-03）和生长季（2008-04—2008-10）的Q₁₀值分别为：4.59、6.54、4.77、3.18和4.17、4.66、3.11、2.74.除22年生云杉人工林,Q₁₀值随云杉林的恢复更新而逐渐降低, 且非生长季节Q₁₀值均明显高于生长季节.