矮嵩草光合作用与环境因素关系的比较研究

 以青海高原不同海拔地区生长的矮嵩草(Kobresia humilis)为材料,研究高山植物光合作用随海拔梯度的变化特征及对生长环境和低温胁迫的反应。随海拔升高矮嵩草叶绿素含量有降低的趋势,而叶绿素a／b值和类胡萝卜素含量则随海拔升高而增高。生长地区海拔越高矮嵩草光合速率、光补偿点、光饱和点越高;而光合表观量子产额则随海拔升高而降低。光呼吸强度有随海拔升高而降低的趋势。矮嵩草光合作用特性受生长环境因素的影响。低温胁迫导致矮嵩草光合速率、表观量子产额降低,低温下的光照加剧了光合作用抑制的程度。     

青藏高原不同海拔矮嵩草抗氧化系统的比较

对生长在青藏高原不同海拔自然生境下的多年生典型抗寒植物—矮嵩草(Kobresia humilis)的抗氧化系统进行了比较研究。结果表明,矮嵩草的叶组织中,非酶抗氧化系统物质脯氨酸(Pro)和抗坏血酸(AsA),随着海拔升高具有明显的增加趋势。在抗氧化酶系统中,过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性均随海拔的升高,而明显增强。但叶中的超氧化物歧化酶(SOD),随着海拔的升高,其活性有下降趋势,三者变化趋势并不一致。高海拔矮嵩草的植株与低海拔的植株相比,叶细胞内的膜脂过氧化加剧,丙二醛(MDA)含量明显增加。细胞可溶性蛋白也随海拔升高显著增加。根中的抗氧化系统变化与叶中的有所不同。根中AsA含量随海拔而显著升高,且较叶中的增加明显,但Pro含量则有所减少。根中的CAT、和POD活性变化与叶中的变化趋势基本一致,且随海拔高度的增加,根中的CAT活性较叶中的变化更为明显。而根中的SOD活性变化不如叶中明显,MDA含量随海拔增高,其变化趋势比叶中的小。可见,青藏高原典型抗寒植物矮嵩草体内的两类抗氧化系统,在不同海拔条件下可能存在互补协同的调节作用,这可能是矮嵩草适应或抵抗高原极端高寒低温和强UV—B辐射等环境胁迫的重要生理机制之一。     

不同海拔高度矮嵩草的光合响应差异

高海拔地区具有强光辐射、低CO2 分压和低温等环境特征。长期生长在高海拔地区的植物各自形成了其独特的适应特性。为了揭示矮嵩草(Kobresia humilis)对不同海拔的光合生理适应机制, 使用Li-6400 便携式光合作用测量系统观测了大阪山阴坡生长于3 个不同海拔高度(3000 m、3400 m、3800 m)矮嵩草光响应和CO2 响应曲线。结果显示,在测量温度下, 矮嵩草的最大净光合速率和光合能力随海拔梯度升高而逐渐提高; 高海拔地区生长的矮嵩草具有较高的羧化效率, 而低海拔地区生长的矮嵩草具有较高的表观量子效率。高海拔地区生长的矮嵩草具较高的光饱和点, 较低的CO2 补偿点和饱和点, 而不同海拔间的光呼吸速率无显著差异。研究结果表明, 矮嵩草表现出对高海拔地区环境积极的适应方式。     

青藏高原不同海拔矮嵩草蛋白质、脂肪和淀粉含量的变异

 生长在青藏高原4个不同海拔地区的矮嵩草(Kobresia humilis),其蛋白质、脂肪和碳水化合物的含量有明显差异。其中海拔最高的大坂山(4,000m)植株中蛋白质含量平均比海拔依次较低的金羊岭(3,800m),海北站(3,200m)和西宁地区(2,200m)的分别高出9.9％,17.3％和39.4％;脂肪含量平均分别高出7.1％,77.8％和106.0％;淀粉含量也平均分别高出2.4％,21.6％和32.7％。同时表明,海拔高度对上述若干生化成分含量的季节性动态变化均有明显的影响。从而显示,高海拔地区的植物所以具有较强的抗寒性和适应逆境胁迫的能力,是与体内蛋白质、脂肪和碳水化合物(淀粉)的大量积累增加密切相关。     

青藏高原几种高寒植物的抗寒生理特性

研究了青藏高原高寒地区3种多年生植物在生长过程中植物叶组织的可溶性糖、脯氨酸和丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性的变化及其生理特性。结果表明;矮嵩草（Kobresia humilis）、垂穗披碱草（Elymus nutans）和黑褐苔草（Carex atro-fusca）叶中的可溶性糖含量随着生长期的进程而增加;脯氨酸含量的变化因植物种类的不同而表现各异,其中在各生长期．垂穗披碱草的脯氨酸含量均高于矮嵩草和黑褐苔草,并在草盛中期表现出明显的差异;3种高寒植物叶片中的丙二醛（MDA）含量随着生长季和气温的变化而呈现不断增加的趋势;3种植物中的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性表现出随生长期和气温变化而改变的趋势,但黑褐苔草的2种膜保护酶活性最高,垂穗披碱草的次之．矮嵩草最低。可见,在不同生长季,这3种高寒植物的抗寒生理反应或低温适应方式可能是多途径的．其中在抗寒物质代谢、膜脂过氧化能力和抗氧化酶系统等方面,有生理反应的共同规律和各自特有的生理抗寒特性．其适应性与抗逆性有所不同,这种差异和生理特性可能与高寒植物的遗传特性和极端高寒低温环境胁迫有关。     

青海高原矮嵩草和珠芽蓼的光合适应性比较(英文)

对生长在两个海拔地带 (3 2 0 0m ,3 980m)的矮嵩草 (KobresiahumilisSerg.)和珠芽蓼 (PolygonumviviparumL .)叶片的叶绿素荧光特性及其叶绿体超微结构进行了比较研究。海拔升高 ,矮嵩草和珠芽蓼叶片的Fv/Fo、Fv/Fm和Rfd值均增大 ,且矮嵩草的Fv/Fo、Fv/Fm 和Rfd值均大于珠芽蓼。叶绿体超微结构的结果显示 ,海拔升高 ,珠芽蓼和矮嵩草的叶绿体都表现出一定程度的变形 ,但珠芽蓼的叶绿体变形和类囊体膜肿胀现象更为显著。研究表明 ,矮嵩草和珠芽蓼光合作用对高山胁迫环境具有很强的适应性 ,且矮嵩草的适应能力比珠芽蓼强。     

青海海北地区高山嵩草草甸植物群落生物量动态及能量分配

对青海海北地区高山草甸主要植物群落小嵩草（Ｋｏｂｒｅｓｉａｐｙｇｍａｅａ）草甸、矮嵩草（Ｋ．ｈｕｍｉｌｉｓ）草甸、藏嵩草（Ｋ．ｔｉｂｅｔｉｃａ）沼泽化草甸地上生物量动态和能量分配的研究结果表明,不同植物群落年地上净生产量及其年际动态和主要植物类群生物量季节动态具明显的差异,其生物量季节动态可由如下模型表示：Ｗｉ＝Ｋｉ／（１＋ｅｘｐ（Ａｉ－Ｂｉｔ））植物群落地上、地下生物量的垂直分布呈典型的金字塔和倒金字塔模式。小嵩草草甸、矮嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸的地上净生产量依次为３６８．４ｇｍ－２ａ－１、４１８．５ｇｍ－２ａ－１和５１８．４ｇｍ－２ａ－１,所固定的太阳能值依次为６６５５．１６ｋＪｍ－２ａ－１、７６１０．０９ｋＪｍ－２ａ－１、９４８８．７７ｋＪｍ－２ａ－１。光能利用率分别为０．１０９７％、０．１２５６％、０．１５６８％。     

青藏高原高寒草甸退化对矮嵩草有关生理特性的影响

该研究采用空间分布代替时间演替的方法,选取青藏高原青海省果洛藏族自治州玛沁县境内典型的未退化草甸和退化草甸样地,分别设置3个5m×5m的样方,于6至9月下旬上午进行植株和土壤采样,测定矮嵩草生理指标,探讨高寒草甸退化所导致的环境变化对自然生长状态下矮嵩草生理特性的影响机制。结果表明:(1)与未退化草甸相比,退化导致土壤表层速效氮含量极显著降低,而速效磷和速效钾含量显著升高;全氮、全磷和全钾的含量总体上表现为未退化草甸低于退化草甸。(2)与未退化草甸相比,退化草甸矮嵩草叶中超氧化物歧化酶(SOD)活性在生长前期高而后期低(低4%),谷胱甘肽(GSH)含量在两个样地的变化趋势基本一致。(3)退化草甸矮嵩草叶片可溶糖和可溶蛋白含量在生长后期分别比未退化草甸降低17.6%和34.9%,且9月份降低达极显著水平。(4)生长中期以后,退化草甸矮嵩草叶片叶绿素a、b含量比未退化草甸的下降速度快、含量分别低18.84%和20.68%。(5)退化草甸矮嵩草叶片超氧阴离子自由基(O_2~)的产生速率在9月份极显著高于未退化草甸。研究表明,在非生物胁迫下未退化草甸的矮嵩草具有更高的ROS清除能力和渗透调节能力,退化导致的环境变化可能是矮嵩草在生长后期抗氧化能力降低、衰老早的内在原因。     

西藏东达山3种嵩草属植物气孔特征沿海拔的变化

嵩草属(Kobresia)植物是藏东南高山草甸的优势种和建群种,对该区畜牧业发展和维持生态系统平衡起着重要作用。选择西藏左贡县东达山为研究地点,从林线开始,海拔每升高约100m设置1个样带直至高山草甸分布边缘,共8个样带,调查各样带中物种的组成及盖度,并依据相对盖度和相对频度计算3种嵩草植物矮生嵩草(K.humilis)、线叶嵩草(K.capillifolia)和大花嵩草(K.macrantha)在群落中的重要值,同时取样观察它们叶片远、近轴面表皮细胞形态,测量气孔长度及保卫细胞宽度,计算气孔密度,探讨嵩草属植物对海拔梯度的适应性。结果表明:(1)3种嵩草属植物叶表皮细胞均呈波浪状,气孔器仅分布于远轴面,近轴面无气孔器分布。(2)3种嵩草属植物气孔密度沿海拔梯度的变化均呈单峰曲线分布格局,且在海拔4 537m样带处达到最大值,并表现为矮生嵩草(777.6个/mm2)线叶嵩草(476.4个/mm2)大花嵩草(414.3个/mm2)。(3)随海拔的增加,矮生嵩草和线叶嵩草气孔长度显著增大(P0.05),而保卫细胞宽度显著减小;但大花嵩草气孔长度随海拔的升高而显著减小,保卫细胞宽度基本保持不变。(4)矮生嵩草和线叶嵩草气孔密度、长度和保卫细胞宽度与海拔梯度均显著相关,气孔特征对海拔梯度变化的敏感程度高,与其在群落中重要值高的分布特征一致;而大花嵩草仅气孔密度和长度与海拔梯度显著相关,气孔特征对海拔梯度变化的敏感性低,与其在群落中重要值低的分布特征一致;嵩草属植物气孔密度、长度和保护细胞宽度与海拔梯度之间的相关性,反映出它们在海拔梯度上对生境的适应程度。可见,3种嵩草属植物气孔特征对海拔梯度上生境变化的适应性不同,从而影响它们在群落中的分布范围和物种优势度,其中矮生嵩草和线叶嵩草对环境变化敏感,而大花嵩草对环境变化相对不敏感;保卫细胞宽度与气孔长度同样对植物适应环境变化起重要作用。     

长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸植物光合作用的影响

以高寒矮嵩草(Kobresia humilis)草甸地区的强光和天然太阳短波辐射为背景,在植物生长季每天人工增补15.8 kJ·m-2的辐射剂量,模拟平流层臭氧破坏5%时近地表面增加的太阳UV-B辐射强度,探讨高寒矮嵩草草甸植物光合作用对UV-B辐射增强的响应.结果显示:(1)长期增强UV-B辐射对高寒矮嵩草草甸大多数植物的光合作用没有明显的负面影响;其中异针茅(Stipa aliena)、苔草(Carex atrofusca)、黄芪(Astragalus sp.)的光合作用受到抑制,但棘豆(Oxytropis ochrocephala)、异叶米口袋(Gueldenstaedtia multiflora)、鹅绒委陵菜(Potentilla anserina)、柔软紫菀(Aster flaccidus)、羌活(Notoperygium forbesii)的净光合速率和表观量子效率增加,这与它们的形态特征,气孔因素以及水分利用效率有关.(2)长期增强UV-B辐射使高寒矮嵩草草甸大多数植物的类胡萝卜素含量增加,叶绿素a/叶绿素b比值和类胡萝卜素/叶绿素比值升高,这更有利于植物吸收更多的紫外辐射,减少UV-B辐射增加对高寒矮嵩草草甸植物的伤害,起到了光合保护的作用,有利于植物光合作用的进行,也是高寒矮嵩草草甸植物适应环境的一种策略.研究表明,长期增强UV-B辐射不会减少高寒矮嵩草草甸生态系统的初级生产力.     

不同海拔地区紫外线B辐射状况及植物叶片紫外线吸收物质含量的分析

对不同海拔地区的太阳 UV- B辐射和植物叶片的光学特性进行了比较研究。结果表明 :位于高海拔地区的海北高寒草甸生态系统定位站 ,太阳 UV- B辐射明显高于相近纬度的西宁、兰州和南京地区。UV- B辐射与总辐射和 PAR的日变化规律相似 ,都受太阳高度角的直接影响 ,在当地太阳正午时最高。UV- B/Q的日变化也为单峰曲线 ,海北站地区的 UV- B/Q高于西宁的同期测定结果。对珠芽蓼等植物的研究表明 ,生长于海北站地区的珠芽蓼 ,其叶片中紫外线吸收物质的含量明显高于西宁的同种植物 ,也略高于海拔较高的达坂山和小达坂山山顶的同种植物。叶绿素含量以海北站珠芽蓼最低 ,达坂山和小达坂山的同种植物最高。珠芽蓼叶片中类胡萝卜素的含量以西宁最低 ,海北站、达坂山和小达坂山依次升高。海北站矮嵩草与从海北站移植到西宁生长 4年的同种植物相比 ,叶片中紫外线吸收物质、叶绿素、类胡萝卜素的变化与生长于两地区的珠芽蓼相同     

青藏高原不同海拔梯度2种莎草科牧草模拟体外消化率研究

利用大板山北坡 32 0 0 m～ 380 0 m的海拔梯度 ,分别在 32 0 0 m、340 0 m、360 0 m和380 0 m处选取矮嵩草 ( Kobresia humilis)、黑褐苔草 ( Carex alrofusca) 2种青藏高原重要莎草科牧草 ,并用二级离体培养法模拟测定其体外消化率 ,1 999和 2 0 0 0年的测定结果发现 ,随着海拔升高牧草体外消化率呈增加的趋势 ,海拔高度从 32 0 0 m升高到 380 0 m,矮嵩草叶、矮嵩草茎、黑褐苔草叶、黑褐苔草茎的体外消化率分别增加了 8.30和 4.48、8.45和 5 .0 3、1 0 .94和 9.5 8、7.85和 8.0 9个百分点。显著性分析结果表明 ,牧草体外消化率与牧草所生长的海拔     

青海海北地区高山蒿草草甸植物群落生物量动态及能量分配

 对青海海北地区高山草甸主要植物群落小嵩草(Kobresia pygmaea)草甸、矮嵩草(K．humilis)草甸、藏嵩草(K．tibetica)沼泽化草甸地上生物量动态和能量分配的研究结果表明,不同植物群落年地上净生产量及其年际动态和主要植物类群生物量季节动态具明显的差异,其生物量季节动态可由如下模型表示： Wi＝Ki/(1+exp(Ai-Bit)) 植物群落地上、地下生物量的垂直分布呈典型的金字塔和倒金字塔模式。小嵩草草甸、矮嵩草草甸和藏嵩草沼泽化草甸的地上净生产量依次为368.4g·m-2·a-1、418.5g·m-2·a-1和518.4g·m-2·a-1,所固定的太阳能值依次为6655.16kJ·m-2·a-1、7610.09kJ·m-2·a-1、9488.77kJ·m-2·a-1。光能利用率分别为0.1097％、0.1256％、0.1568％。     

Comparison of Photosynthetic Adaptability Between Kobresia humilis and Polygonum viviparum on Qinghai Plateau

The chlorophyll fluorescence parameters of Kobresia humilis Serg. and Polygonum viviparum L. grown at two different altitudes (3200 m, 3980 m) were measured and the ultrastructure of chloroplasts were observed for studying the photosynthetic adaptability of plants to the influences of stress conditions in alpine environment. Rfd -values, the vitality index, in leaves of K. humilis and P.viviparum grown at 3980 m were higher than those at 3200 m. The higher ratio of Fv/Fo and Fv/Fm in leaves of K. humilis and P.viviparum indicated that the rate of photosynthetic conversion of light energy increased at higher altitude. Ratios of Fv/Fo and Fv/Fm and Rfd -values in K.humilis were higher than that in P.viviparum grown at the same altitude. There were more irregular chloroplasts in leaves of both species grown at higher altitude. Many irregular chloroplasts such as swollen thylakoid, deformed chloroplast envelope, were observed in P.viviparum grown at 3980 m, but few in K.　humilis . These results were discussed in relation to the photosynthetic adaptability of alpine plants and the different adaptive competence between K.humilis and P.viviparum.     

Response of carbon and nitrogen content in plants and soils to vegetation cover change in alpine Kobresia meadow of the source region of Lantsang, Yellow and Yangtze Rivers

We conducted this study in lightly and severely degraded Kobresia pygmaea meadow in Gande County, Qinghai Province of China. The purpose of this research was to compare carbon and nitrogen concentrations, content and dynamics of aboveground tissue, belowground roots and soil (0-40 cm) between lightly and severely degraded Kobresia meadow. The results showed that C and N concentrations and C:N ratio of the aboveground tissue were significantly higher in lightly degraded grassland than in severely degraded grassland. In addition, total carbon and nitrogen concentrations of the aboveground tissue were ranked in order of forbs > grasses > sedges in the same grassland type. Total carbon and nitrogen concentrations of belowground roots were significantly higher in severely degraded grassland than in lightly degraded grassland. Total carbon and nitrogen concentrations were higher in the aboveground tissue than in the belowground roots. Total soil organic carbon concentration in severely degraded grassland was significantly lower than that in lightly degraded grassland, and decreased with depth. C and N content per unit area was ranked in order of 0-40 cm soil depth > belowground roots > aboveground issue in the same grassland type. The total carbon content per unit area of aboveground tissue, roots and 0-40 cm soil depth declined by 7.60% after degradation from lightly (14669.2 g m⁻²) to severely degraded grassland (13554.3 g m⁻²), i.e., 0-40 cm soil depth declined by 4.10%, belowground roots declined by 59.97% and aboveground tissue declined by 15.39%. The nitrogen content per unit area of aboveground tissue, roots and 0-40 cm soil depth increased after degradation by 12.76% from lightly (3352.7 g m⁻²) to severely degraded grassland (3780.6 g m⁻²), i.e., 0-40 cm soil depth increased by 13.07%, belowground roots declined by 55.09% and aboveground tissue declined by 16.00%. As a result of grassland degradation, the total carbon lost by 11149 kg hm⁻², and the total nitrogen increased by 4278 kg hm⁻².     

青海海北地区矮嵩草草甸生物量和能量的分配

 此项研究工作于1980年在海北高寒草甸生态系统定位站进行。本文研究了青藏高原地区分布面积广、草质优良,在畜牧业生产中有重要意义的矮嵩草草甸的生物量和它的能量分配关系,测定了地上,地下生物量和不同物候期主要植物类群的热值含量。研究结果表明：矮嵩草草甸生物量的季节动态较为明显,地上生物量随生长季节的水热条件和植物的生长发育阶段而变化,9月初地上生物量达到峰值(296.66g／m2),此后生物量逐渐减少,到枯黄前而停止;地下根系生物量在返青期较高,生长旺盛期最低,枯黄期最高,这同植物生长发育阶段的物质运转有关。矮嵩草草甸主要植物类群的热值以生长旺盛期最高,枯黄期次之,返青期较低;各类草的热值,以莎草类最高,禾草类次之,杂类草最低。矮嵩草草甸总初级生产量为909.49g／m2·年,其中地上为296.66g／m2·年,地下为596.67g／m2·年,枯枝落叶为16.16g／m2·年。群落在不同生长期所固定的太阳能数值不一,以枯黄前所固定的太阳能为最多,生长期整个群落的光能利用率为0.295%。     

Changes in individual plant traits and biomass allocation in alpine meadow with elevation variation on the Qinghai-Tibetan Plateau

Plant traits and individual plant biomass allocation of 57 perennial herbaceous species, belonging to three common functional groups (forbs, grasses and sedges) at subalpine (3700 m ASL), alpine (4300 m ASL) and subnival (⩾5000 m ASL) sites were examined to test the hypothesis that at high altitudes, plants reduce the proportion of aboveground parts and allocate more biomass to belowground parts, especially storage organs, as altitude increases, so as to geminate and resist environmental stress. However, results indicate that some divergence in biomass allocation exists among organs. With increasing altitude, the mean fractions of total biomass allocated to aboveground parts decreased. The mean fractions of total biomass allocation to storage organs at the subalpine site (7%±2% S.E.) were distinct from those at the alpine (23%±6%) and subnival (21%±6%) sites, while the proportions of green leaves at all altitudes remained almost constant. At 4300 m and 5000 m, the mean fractions of flower stems decreased by 45% and 41%, respectively, while fine roots increased by 86% and 102%, respectively. Specific leaf areas and leaf areas of forbs and grasses deceased with rising elevation, while sedges showed opposite trends. For all three functional groups, leaf area ratio and leaf area root mass ratio decreased, while fine root biomass increased at higher altitudes. Biomass allocation patterns of alpine plants were characterized by a reduction in aboveground reproductive organs and enlargement of fine roots, while the proportion of leaves remained stable. It was beneficial for high altitude plants to compensate carbon gain and nutrient uptake under low temperature and limited nutrients by stabilizing biomass investment to photosynthetic structures and increasing the absorption surface area of fine roots. In contrast to forbs and grasses that had high mycorrhizal infection, sedges had higher single leaf area and more root fraction, especially fine roots.