海滨沙地单叶蔓荆匍匐茎对沙埋适应的生长对策

单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifoli)是一种耐盐、耐旱固沙地被植物。依据海滨沙地自然沙埋特点对单叶蔓荆匍匐茎进行了不同厚度(半埋和全埋)和不同长度交叉沙埋处理,研究探讨了单叶蔓荆沙埋适应生长对策,为其开发利用、科学管理和海滨环境修复提供指导。结果表明,正常情况下,单叶蔓荆匍匐茎基部和中部生长缓慢,顶部生长快。轻度(沙埋匍匐茎基部)和中度(沙埋匍匐茎基部和中部)半埋和全埋使匍匐茎顶部生长加速,茎长增长量较对照高出1.5到3.1倍;但重度(沙埋整个匍匐茎)半埋和全埋使匍匐茎顶部净增长量减少12%和13%。在20d沙埋中,对照整个匍匐茎各段均无不定根长出,但不同程度半埋和全埋沙埋处理下沙下匍匐茎上均长出不定根,重度半埋使不定根生长受抑;同时匍匐茎上各段茎生物量上升,枝叶生物量下降,且随着沙埋程度的增加而增减幅度提高,在重度半埋和全埋达到最大。在轻度和中度半埋和全埋下,匍匐茎上未沙埋部位枝条生长加速。研究表明,在自然环境中,单叶蔓荆匍匐茎顶端是一个对环境变化反应敏感的部位,并与沙埋后单叶蔓荆茎延伸生长和植株能否生存密切相关。当匍匐茎顶部没被沙埋时,沙埋促进沙埋部位匍匐茎和枝叶中物质转移,加速匍匐茎顶部快速生长和物质积累以弥补沙埋带来的损伤维持物质和能量的代谢平衡。沙埋后,单叶蔓荆以茎顶端快速生长、形成不定根、枝条生长维持茎水分平衡和能量和物质代谢平衡,以快速生长摆脱沙埋影响的生长方式为其对沙埋环境的重要适应对策。因此,在海岸沙地单叶蔓荆种群管理和维护中,在强风移沙引起的重度沙埋后,及时剥离匍匐茎顶部沙子对维护单叶蔓荆种群的延续生存和扩散均有重要作用。     

海滨沙滩单叶蔓荆对沙埋的生理响应特征

海滨沙滩单叶蔓荆(Vitex trifolia L.var.simplicifolia)是优良的抗沙埋地被植物.以烟台海岸沙地单叶蔓荆为材料,通过不同厚度沙埋过程中沙上和沙下叶片抗逆生理指标的测定以揭示其抗沙埋生理调控机制.结果表明,轻度和中度沙埋5d,成株和幼株整株叶片细胞膜透性增大、POD和SOD活力增高、MDA和脯氨酸含量和叶片相对含水量(RWC)增加、可溶性糖含量下降.但同株沙上叶片细胞膜透性、MDA含量、SOD和POD活力和可溶性糖含量均高于沙下,而沙上叶片脯氨酸含量低于沙下叶片.在轻度和中度沙埋lOd,沙上叶片细胞膜透性、MDA和可溶性糖含量、叶片POD活力降低,叶片SOD活力仍有小幅度增高,但脯氨酸含量增加,沙上叶片生长旺盛.研究表明,沙埋下叶片抗氧化酶活力和脯氨酸含量与细胞膜透性和膜脂过氧化成正相关.沙埋使植株上部叶片接近沙表面而经受干旱和地面热辐射胁迫引起细胞膜脂过氧化加剧和细胞膜透性加大.同时沙埋也使沙下叶片遭遇黑暗和缺氧胁迫诱导细胞内膜脂过氧化,但也激活了叶片抗氧化酶保护系统和叶片脯氨酸的积累抑制细胞膜脂过氧化维护细胞膜的稳定.因此在沙埋过程中,叶片快速响应沙埋胁迫激活叶片抗氧化酶系统抑制膜脂过氧化作用维持氧自由基和抗氧化酶系统的动态平衡在单叶蔓荆适应轻度和中度沙埋,维护沙上叶片旺盛生长中起重要作用,也是重度全埋下沙下植株茎顶端能快速延伸弯曲生长最后顶出沙面再生的主要生理保护原因.     

不同厚度沙埋下植物光合特性变化与补偿性生长的关系

在自然条件下通过对海岸沙地不同株型单叶蔓荆(Vitextrifolia var.simplicifolia Cham)在不同厚度沙埋处理下土壤温度、湿度,沙上叶片鲜重(FW)和干重(DW)、叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的测定以揭示沙埋后植物的快速生长与光合作用的关系以及植物补偿性生长在其耐沙埋中的作用。结果表明,不同厚度沙埋下,土壤表层含水量最低和温度最高(40℃),随着沙埋厚度增加,土壤含水量显著增加,而土壤温度(28℃)降低。轻度和中度沙埋5 d和10 d,幼株和成株沙上叶片鲜重(FW)和干重(DW)增加,单叶蔓荆成株沙上顶部叶片FW分别较对照增加27%和29%;DW较对照增加23%和27%,并与对照差异显著(P0.05)。幼株和成株单叶蔓荆对照和不同厚度沙埋下沙上叶片Pn、Tr、Gs日变化曲线均呈现"双峰型",且植株上部叶片Pn、Tr、Gs高于下部叶片。但在轻度和中度沙埋处理下,幼株和成株单叶蔓荆叶片Pn、Tr、Gs增加并高于对照,成株在光合第一个高峰期顶部叶片Pn分别较对照高13%和24%,Tr分别较对照增加33%和72%,Gs较对照分别增加了55%和27%。研究表明,沙埋下植株快速生长和叶片物质积累加速与光合作用增高呈正相关。沙埋胁迫激活植株补偿生长是引起植物Pn增加,干物质积累的主要原因。而沙埋使叶片损失导致植物能量代谢失衡是激活补偿生长的内因,沙埋使植物下部处于低温潮湿环境是补偿生长的外因。沙埋胁迫下植物补偿生长在其维持能量和物质代谢平衡和适应沙埋中起重要作用,是单叶蔓荆适应沙埋的重要生理调控策略。     

海滨滨麦叶片和根对不同厚度沙埋的生理响应差异分析

以烟台海岸抗风沙植物滨麦为研究材料,通过对不同厚度沙埋下其叶片和根部抗氧化酶活力(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT))、丙二醛(MDA)含量和渗透调节物含量变化的分析,探讨了叶片和根部对沙埋生理响应的差异。试验按滨麦成株株高(约40 cm)对其进行了轻度沙埋(在株高1/4处)、中度沙埋(2/4处)和重度沙埋(3/4处)。在沙埋第6天,分别测定了不同厚度沙埋处理下,植株各段叶片和根抗氧化酶活力、MDA和渗透调节物含量。结果表明,轻度和中度沙埋均加速植株生长。与对照相比,经轻度、中度沙埋处理6 d,叶片平均MDA含量增加,在重度沙埋下降低。不同厚度沙埋6 d,叶片平均SOD活力和脯氨酸含量增加,而CAT活力、可溶性糖和可溶性蛋白质含量下降。但不同厚度沙埋均使沙上叶片MDA、脯氨酸、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力增加,尤其是叶片顶部增加最为明显,使沙下叶片MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和CAT活力下降,导致同株沙上和沙下叶片MDA、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力差异显著(P0.05)。与叶片相比,根中MDA、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力较低,而POD活力和可溶性糖含量较高并与叶片差异显著(P0.05)。不同厚度沙埋6 d,滨麦根中MDA和可溶性蛋白质含量变化较小,可溶性糖含量和CAT、POD、SOD活力略有降低。研究表明,滨麦根和叶片对不同厚度沙埋的生理响应不同。沙埋直接作用于叶片并诱发叶内氧自由基积累,但叶片通过快速激活的抗氧化酶保护系统(CAT、SOD)维持氧自由基代谢平衡,以及渗透调节物(脯氨酸、可溶性糖)的积累维护细胞水分代谢平衡,并满足能量的需求和快速生长。但在不同厚度沙埋下,由于根系不受沙埋直接影响而生理变化较小,并且还维持较低的膜脂过氧化水平,这可能是根能维持正常的吸水输水功能并在沙埋处理过程中和沙埋后地上叶片快速生长摆脱沙埋的重要物质基础。     

3种薯蓣属植物珠芽糖类含量变化与茎叶生长的关系

以山药、日本薯蓣和黄独3种薯蓣属植物为材料,研究珠芽育苗中其茎叶生长与珠芽内的干物质、淀粉、可溶性糖、还原糖含量和淀粉酶活性变化的关系.结果表明: 3种薯蓣在茎蔓生长过程中珠芽内的干物质和淀粉含量均逐渐降低.山药和黄独的珠芽可溶性糖含量在茎蔓生长初期不断增加,随着茎蔓节数继续增加又逐渐降低,而还原糖含量在叶片展开前不断增加,叶片展开后又急剧降低;日本薯蓣珠芽的可溶性糖和还原性糖含量随着茎蔓节数增加逐渐上升,但保持相对较低水平.3种薯蓣珠芽内α-淀粉酶活性均强于β-淀粉酶,其在茎蔓和叶片生长中发挥重要作用.研究发现,薯蓣珠芽内淀粉主要在α-淀粉酶作用下转化分解为还原糖和可溶性糖,从而为茎蔓和叶片生长提供能量,且还原糖含量与叶片生长的关系更为密切.     

海滨沙地砂引草对沙埋的生长和生理适应对策

在2009和2010年春夏季通过对烟台海滨沙地自然生长的耐沙埋植物砂引草(Messerschmidia sibirica Linn)进行不同厚度(1/3株高-轻度沙埋、2/3株高-中度沙埋、3/3株高-重度沙埋)沙埋试验,并测定沙埋过程中土壤温度、土壤含水量、叶片鲜重(FW)、干重(DW)、植株相对高度(%)、叶片细胞膜透性、相对含水量、(丙二醛)MDA、抗氧化酶活力(过氧化物岐化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT))、脯氨酸、可溶性糖含量的变化以探讨砂引草抗沙埋的生长和生理调节策略,为未来砂引草的科学管理和应用提供理论指导。结果表明,在沙埋第5天、第10天,随着沙埋厚度的增加土壤温度下降,土壤含水量增加,植株相对高度和整株砂引草叶片FW和DW呈上升趋势,同一植株沙上叶片FW、DW不断增加,沙下叶片FW、DW则不断减少。在沙埋第5天,不同厚度沙埋处理的植株叶片细胞膜透性和MDA含量均较对照低,而整株植物叶片SOD、CAT活力和脯氨酸含量均较对照高。同一植株沙下叶片细胞膜透性、MDA、脯氨酸含量及SOD和CAT活力均低于沙上叶片。研究表明,轻度和中度沙埋使沙上叶片受到地面热辐射、干旱、高温胁迫影响,导致叶片内含水量下降,膜脂过氧化加强,膜受损。但同时叶片中快速激活的保护酶和积累的脯氨酸抑制膜脂过氧化可能是保护沙埋后沙上叶片能快速生长的重要生理调控机理。在重度全埋枝叶处于沙下时,沙下缺氧和黑暗抑制了叶片呼吸作用和光合作用,同时缺氧也抑制了叶片对营养物质的消耗使叶片成为茎尖生长的物质和能量供体,促使暗中茎顶端不断的延伸生长冲出沙土再生。砂引草耐全埋的再生能力进一步表明,砂引草在海岸沙丘固沙、保滩、护岸和植被恢复上将具有重要开发和应用前景。     

樟子松幼树株高及其逆境生理指标对沙埋的响应特征

以3龄樟子松幼树为材料,2013年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下其株高、叶片膜透性、渗透调节物质含量及保护酶活性变化,以揭示沙埋条件下樟子松幼树生长及其对逆境的生理响应特征。结果显示:(1)在沙埋深度低于株高以上2cm时被埋樟子松幼树能够正常生长,其株高和芽长均明显高于非沙埋对照,并以沙埋深度为株高的50%时增长幅度最大;当沙埋深度超过株高2cm以上时,虽然植株高度和芽长也较埋前有一定增长,但均低于对照,且所有处理植株均未破土,后来全部死亡。(2)所有沙埋处理的叶片可溶性糖含量均显著低于对照,而POD活性显著高于对照,可溶性蛋白质和脯氨酸含量也高于对照。(3)随沙埋深度增加,叶片相对含水量总体呈增加趋势,但大多数处理与对照差异不显著;丙二醛含量基本呈显著下降趋势,可溶性蛋白和脯氨酸含量先增加后下降,而大多数处理的膜透性与对照差异不显著;随着沙埋深度增加,叶片可溶性糖含量显著下降,SOD和POD活性均先增加后下降。(4)相关分析显示,樟子松幼树叶片膜透性变化与MDA含量变化相关性几乎为零,可溶性蛋白与脯氨酸含量呈显著正相关关系,可溶性糖含量与脯氨酸含量呈显著负相关关系。研究表明,沙埋深度低于樟子松株高以上2cm能够促进其幼树生长;沙埋并没有导致樟子松幼树体内的膜脂过氧化,也没有引起细胞膜的损伤,在受到沙埋胁迫时,樟子松幼树体内SOD、POD以及可溶性蛋白和脯氨酸分别在防止其膜脂过氧化和维持细胞膨压中起到重要作用,而可溶性糖含量在沙埋过程中没有起到渗透调节作用。     

小叶锦鸡儿幼苗对沙埋的生态适应和生理响应

以中国半干旱地区固定、半固定沙地分布最广泛的灌木种之一小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为对象,于2010～2011年在内蒙古科尔沁沙地测定了不同深度沙埋下其幼苗的存活率、株高、渗透调节物质含量、保护酶活性和膜透性变化,探讨小叶锦鸡儿对沙埋的生理响应特征。结果显示:(1)与对照相比,当沙埋深度为小叶锦鸡儿幼苗株高的25%～75%时,存活率差异不显著;当沙埋深度为50%～75%时其存活率增加,但株高明显下降,沙埋对其生长具有抑制作用;当沙埋达到其株高100%时幼苗全部死亡。(2)不同沙埋深度对小叶锦鸡儿幼苗叶片细胞膜透性无显著影响,对沙埋深度为其株高25%时,叶片含水量增加,MDA含量下降,POD活性增强,细胞膜未受到伤害;沙埋深度为其株高50%～75%时,叶片含水量下降,MDA含量增加,但SOD和POD对细胞膜起到了协同保护作用,细胞膜也未受到损伤;沙埋深度为株高25%～75%情况下,细胞膜未受到损伤,可溶性糖和脯氨酸含量变化不明显。研究认为:小叶锦鸡儿幼苗只能耐受部分沙埋,完全沙埋则会导致其幼苗全部死亡,沙埋胁迫下可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质含量反应迟缓可能是其耐沙埋能力较弱的主要生理原因之一。     

沙埋对沙米幼苗生长及生理过程的影响

2010-2011年在科尔沁沙地,研究了不同沙埋深度下沙米幼苗生长特性及其逆境生理指标的变化.结果表明: 沙米幼苗的耐沙埋能力较强,当埋深超过其株高后生长才会受到严重抑制,而埋深超过其株高1.66倍时仍有部分幼苗存活.当埋深未超过株高时,其幼苗丙二醛含量和膜透性的变化不显著;随着埋深进一步增加,其膜质过氧化加剧,细胞膜受损.沙埋胁迫下,沙米幼苗的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性及脯氨酸含量均显著增加,过氧化氢酶(CAT)活性和可溶性糖含量下降.沙埋使植株光合面积减少、细胞膜受损,导致沙米幼苗死亡率增加、生长受抑,但是SOD和POD活性的增强及脯氨酸含量的增加对于减轻沙埋危害将起到一定的作用.     

差巴嘎蒿幼苗对沙埋的生态适应和生理响应

沙埋对于沙漠植物存活和生长影响的研究文献已有很多,但迄今有关沙漠植物对于沙埋生理生态适应的研究还很少见有报道。差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)广泛分布于我国半干旱沙地中,是流动半流动沙地的优势种。为了解沙生植物对沙埋的生态适应及其生理响应,2010—2011年在内蒙古科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下差巴嘎蒿幼苗的存活率、株高等生长特性和渗透调节物质含量,保护酶活性和膜透性的变化,得到以下结果:沙埋对差巴嘎蒿幼苗的存活与生长有着显著影响,特别是沙埋深度超过其株高后,其存活率和高生长受到严重抑制,但和非沙生植物相比,差巴嘎蒿幼苗具有很强的耐沙埋能力,即使沙埋深度达到其株高的200%时仍有部分幼苗存活。随着沙埋深度的增加,差巴嘎蒿幼苗叶片含水量没有显著变化,但过氧化物歧化酶活力降低,过氧化物酶活性增强,过氧化氢酶活性变化不明显,脯氨酸含量增加,可溶性糖含量下降,丙二醛含量下降,膜透性增强。和水分、盐分胁迫不同,沙埋并未造成差巴嘎蒿幼苗的水分亏缺,沙埋胁迫下差巴嘎蒿幼苗死亡率增加、生长受到抑制的主要原因是沙埋导致植物光合面积下降,沙埋叶片无法进行正常呼吸和部分幼苗无法破土生长,但沙埋胁迫下脯氨酸含量的和过氧化物酶活性增强分别在渗透调节和保护细胞膜免受损伤中起到了关键作用。     

Response of Fine Root Carbohydrate Content to Soil Nitrogen Addition and Its Relationship with Soil Factors in a Schrenk (Picea schrenkiana) Forest

Fine roots are vital for water and nutrient uptake in plants. Understanding the responses of metabolic traits to changing environmental conditions is critical, but little is known. In this study, the carbohydrate content of fine roots was characterized for six soil layers and three diameter classes in a Schrenk spruce (Picea schrenkiana) forest on the Tianshan Mountains of China. Soil nitrogen addition can influence carbohydrate content, but the degree is related to soil layer and fine root diameter. Specifically, as nitrogen (N) levels increased, the soluble sugar, cellulose, lignin and structural carbohydrate content (SC) all increased and then decreased; the starch and non-structural carbohydrate content (NSC) decreased gradually. In addition, N addition had significant effects on starch and cellulose content, as well as total carbohydrates. The interaction between root diameter and N addition also influenced soluble sugars, cellulose and NSC, while the three-way interaction among N addition, soil layer and diameter only affected cellulose content and NSC/SC. In the control treatment (no nitrogen addition), the following soil factors influenced fine root metabolism in order of decreasing importance: C:N, C:P, N:P, C, N, water content, bulk density, pH, conductivity, and P. In the N addition treatments, the soil conductivity, pH, and N content were strongly correlated with root metabolic characteristics.

     

Seedling growth variation in response to sand burial in four <Emphasis Type="Italic">Artemisia</Emphasis> species from different habitats in the semi-arid dune field

We compared seedling growth of four Artemisia species dominated at different habitats to determine whether interspecific seedling growth variation of a same genus in tolerance to burial can be used to explain plant distribution in the sand dune field. Interdune lowland species, Artemisia gmelinii, stabilized dune species, A. frigida, semi-stabilized dune species, A. halodendron, and active dune species, A. wudanica were selected. Seedlings grown for 3 weeks were treated at five burial depths for three burial times in pot experiments. Species from the habitats with little burial had smaller survival rate, dry weight and stem elongation speed than those from the habitats with intensive burial when buried. Furthermore, when buried, the former tended to adjust biomass allocation between shoot and root and produce adventitious buds, while the latter tended to maintain a constant root:shoot ratio and produce adventitious roots. We conclude that (1) seedlings of species with a long evolutionary history of exposure to sand burial (from the active sand dune), show quicker stem growth when buried than do seedlings of species from the habitats with little or no sand burial; (2) seedlings of species which do not change root:shoot ratio might be more tolerant of sand burial than those do; (3) seedlings of species from the habitats with intensive sand burial is prone to produce adventitious roots and seedlings of species from the habitats with little or no sand burial tend to produce adventitious buds when buried.     

NAA处理对艾纳香扦插生根生理生化特性的影响

为探讨NAA对艾纳香(Blumea balsamifera)扦插生根的影响,4 a生艾纳香健康枝条用500 mg/L NAA处理,对生根过程中的生理生化特征进行了研究.结果表明,艾纳香扦插生根率与内源IAA、GA含量和IAA/ABA呈正相关,而与ABA含量呈负相关.NAA处理能提高插穗的IAA含量,降低ABA含量,有助...     

Response of sugar metabolism in the cotyledons and roots of Ricinus communis subjected to salt stress

• Ricinus communis is an important oilseed crop worldwide and is also considered one of the best potential plants for salt-affected soil improvement in northeast China. However, little is known about photosynthesis and carbohydrate metabolism in this plant, nor the distribution of carbohydrates in cotyledons and roots under salinity stress.
• In the present study, seedling growth, gas exchange parameters (P_N, E, g_s and C_i), carbohydrate (fructose, sucrose, glucose, soluble sugar and starch) metabolism and related enzymes and genes were measured in Ricinus plants.
• Under salt stress, P_N of cotyledons decreased significantly (P < 0.05), resulting in weak photosynthetic capacity. Furthermore, salt stress increased sucrose and glucose content in cotyledons, but decreased soluble sugar and starch content. However, sucrose increased and starch decreased in roots. This may be correlated with the increasing sugar metabolism under salinity, including notable changes in sugar-related enzyme activities (SPS, SuSy, α-amylase and β-amylase) and gene expression of RcINV, RcSUS, RcAmY, RcBAM and RcGBE1.
• The results suggest that salinity reduces photosynthesis of cotyledons, alters carbohydrate allocation between cotyledons and roots and also promotes starch utilization in cotyledons and starch biosynthesis in roots, leading to a functional imbalance between cotyledons and roots. Together, these findings provide insights into the crucial role of sugar metabolism in improving salt-tolerance of Ricinus during the early seedling growth stage.

     

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。