秦王川湿地不同密度柽柳枝-叶性状及其光合特性

枝、叶是植物的两个重要功能器官,密度制约下其异速生长关系不仅是植物个体发育过程的表现,也是植物与环境互相作用的结果。柽柳是干旱区湿地的主要植物之一,密度制约下其小枝与叶的异速生长关系对于理解干旱区湿地环境下植物的资源利用策略具有重要意义。在兰州市秦王川干旱区湿地,将柽柳(Tamarix gansuensis H.Z.Zhang)种群分为Ⅰ(0.1—0.35棵/m~2)、Ⅱ(0.35—0.6棵/m~2)和Ⅲ(0.6—0.85棵/m~2)3个密度梯度,应用标准化主轴估计(standardized major axis estimation,SMA)法,研究了不同密度下,柽柳当年生小枝长度与叶面积、叶数量的生长关系及叶片光合特性。结果表明:随着柽柳种群密度的增加,群落土壤含水量逐渐增加,土壤容重、pH值和电导率逐渐减小;柽柳平均高度、郁闭度、枝长度和叶面积呈逐渐增大趋势,冠幅、基径、分枝角度、叶数量和光合有效辐射呈逐渐减小趋势;叶面积指数、净光合速率、蒸腾速率和气孔导度先增加后减小。枝长度与叶面积、叶数量在不同的密度梯度下显著正相关(异速斜率k0,P0.05),随着密度梯度的增加,枝长度与叶面积的回归斜率逐渐减小(异速斜率0.65≤k≤0.98,P0.05),枝长度和叶数量回归斜率不变(异速斜率k=0.9,P0.01),截距沿着y轴显著的正向移动(截距0.25—1.93)。随着种群密度的增加,柽柳由较小枝长度、叶面积和较大分枝角度、叶数量的枝叶构建模式,发展为较大枝长度、叶面积和较小分枝角度和叶数量的垂直空间拓展模式并提高气孔导度、光合速率和蒸腾速率、降低水分利用效率,反映了该物种在干旱区湿地环境中、密度制约条件下的表型可塑适应机制和资源利用策略。     

秦王川盐沼湿地芦苇叶片比叶面积与光合效率的关联分析

植物比叶面积(SLA)与光合效率的关联性分析,有助于理解植物叶片的光合产物分配与能量分配之间的权衡机制。该研究以秦王川国家湿地公园芦苇(Phragmites australis)种群为研究对象,沿芦苇群落末端至水域边缘分别依次设置:(I:土壤电导率(EC) 2.3—2.8 ms/cm)、(II:1.8—2.2 ms/cm)、(III:0.8—1.5 ms/cm) 3个试验样地,研究了秦王川盐沼湿地不同土壤盐分条件下芦苇叶片SLA与光合效率的关系。结果表明:随着土壤盐分含量的降低,湿地群落的高度、地上生物量逐渐增大,密度、光合有效辐射(PAR)呈逐渐减小的趋势;叶面积、株高、净光合速率(P_n)、水分利用效率(WUE)和蒸腾速率(T_r)均呈逐渐增大的趋势,叶厚度逐渐减小,比叶面积呈先增加后减少的变化趋势,叶干重的变化趋势与比叶面积完全相反;芦苇叶片实际光合效率(Y(II))、光化学淬灭系数(Q_P)和电子传递速率(ETR)呈先减少后增大的变化趋势,非光化学猝灭系数(NPQ)、调节性能量耗散的量子产额(Y(NPQ))和最大光化学效率(F_v/F_m)呈先增加后减少的变化趋势,非调节性能量耗散的量子产量(Y(NO))呈逐渐增大的变化趋势。在3个样地中,芦苇SLA与Y(II)和ETR之间均呈极显著负相关关系(P0.01),SMA斜率的绝对值均呈先增大后减少的变化趋势。随土壤含盐量的梯度性变化,芦苇种群适时调整叶片构件模式以改变叶片电子传递速率和实际光化学效率,实现植物光合效率的最大化,反映了盐沼湿地植物的特殊生存策略和叶片构件模式。     

不同土壤水分条件下洪泛平原湿地芨芨草叶片厚度与叶脉性状的关系北大核心CSCD

叶片厚度和叶脉性状的关联性影响着叶片水分的动态平衡,对揭示植物叶片水分运输与生长速率耦合的生理生态学机制具有重要的意义。该文选择位于张掖市黑河干流边缘的洪泛平原湿地作为实验地,以河边为起点,沿垂直河岸线的方向依次设置I(50.07%)、II(38.77%)、III(31.5%)、IV(20.4%)4个土壤含水量梯度样地,采用标准化主轴估计(SMA)方法,以叶脉密度和叶脉直径分别表示叶脉性状,研究了不同土壤水分条件下芨芨草(Achnatherum splendens)种群的叶片厚度与叶脉性状的生长关系。结果表明:随着湿地群落土壤含水量的逐渐降低,湿地群落的植被密度和高度逐渐降低,土壤电导率逐渐增大;芨芨草的叶脉密度、叶片厚度、水分利用效率和光合有效辐射呈逐渐增加的趋势,叶脉直径、蒸腾速率和分枝数呈逐渐减小的趋势,净光合速率和株高呈先增大后减小的趋势;随着湿地群落土壤含水量的逐渐降低,芨芨草叶片厚度与叶脉密度、叶脉直径的相关性在不同样地间存在差异;芨芨草叶片厚度与叶脉密度呈显著的正相关关系,SMA的斜率呈逐渐减小的趋势,且在样地I和样地IV与1.0存在显著差异;叶片厚度与叶脉直径呈显著的负相关关系,SMA的斜率呈逐渐增大的趋势,且在样地I和样地IV与–1.0存在显著差异。芨芨草在土壤水分较充足的湿地群落倾向于少量粗脉的薄叶片构建方式,在受土壤水分胁迫时选择大量细脉的厚叶片的生长模式,体现了湿地植物在资源异质性分布的生境中根据其功能需求在自身性状之间进行的资源优化配置。     

张掖湿地芨芨草叶大小和叶脉密度的权衡关系

叶大小-叶脉密度的权衡关系是植物叶经济谱理论的基础, 对理解资源竞争条件下植物叶片的物理构建与生理代谢的关系具有重要的意义。该文采用标准化主轴估计(standardized major axis estimation, SMA)的方法, 按芨芨草(Achnatherum splendens)株丛密度设置I (>12丛·m^-2)、II (8-12丛·m^-2)、III (4-8丛·m^-2)和IV (<4丛·m^-2) 4个密度梯度, 以叶面积和叶干质量分别表示叶大小, 对张掖洪泛平原湿地不同密度条件下芨芨草种群的叶大小和叶脉密度的关系进行研究。结果表明: 随着芨芨草株丛密度的降低, 湿地群落的土壤含水量逐渐减小、土壤电导率逐渐增加, 芨芨草的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和分枝数呈先增大后减小的趋势, 叶面积、叶干质量、比叶面积和株高呈逐渐减小趋势、光合有效辐射(PAR)和叶脉密度呈逐渐增加趋势; 芨芨草叶大小和叶脉密度在高密度(I)和低密度(IV)样地均呈极显著负相关关系(p < 0.01), 中密度(II、III)样地二者呈显著负相关关系(p < 0.05); 叶大小和叶脉密度回归方程的SMA斜率在不同密度样地均显著小于-1 (p < 0.05), 即芨芨草叶大小和叶脉密度呈“此消彼长”的权衡关系。在高密度湿地群落芨芨草倾向于大叶片低叶脉密度的叶片构建模式, 在低密度湿地群落选择小叶片高叶脉密度的异速生长模式, 体现了密度制约下湿地植物的生物量分配格局和资源利用对策。     

张掖湿地旱柳叶水势与中脉性状的关联性

植物叶水势和中脉性状是反映叶片水力特性的主要参数,二者之间的关联性对理解植物水分供需平衡的生态适应策略具有重要意义。选择张掖市黑河干流边缘的洪泛平原湿地为实验地,以河岸为起点沿平行河岸线的方向依次设置近水区(样地Ⅰ)、中水区(样地Ⅱ)和远水区(样地Ⅲ)3个水分梯度样地,采用标准化主轴估计方法(standardized major axis estimation,SMA),研究了对水分影响下旱柳(Salix matsudana)叶水势与中脉性状之间的关系。结果表明:随着土壤含水量减少,旱柳林的高度、密度和郁闭度均持续降低,旱柳叶片的中脉密度、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、光合有效辐射(PAR)和叶片温度(Tleaf)逐渐增加,中脉直径、比叶面积及叶水势、叶绿素含量逐渐减少;不同土壤含水量样地旱柳叶水势与中脉性状间的相关性存在差异(P0.05),在样地Ⅰ和样地Ⅲ叶水势与中脉密度呈极显著负相关关系(P0.01),在样地Ⅱ两者之间呈显著负相关关系(P0.05);旱柳叶水势与中脉直径在3个水分梯度样地均呈显著正相关关系(P0.05)。随着湿地土壤含水量减少,旱柳采取降低叶水势、增加中脉密度并减少中脉直径的资源投资策略,反映了该物种在异质生境中具有较强的叶片性状可塑性,从而有利于其适应特殊的湿地生境。     

基部被子植物气孔性状与叶脉密度的关联进化

植物叶片通过气孔的水分蒸腾散失和叶脉的水分供应达到水分平衡,而基部被子植物在进化过程中叶片水分供应和蒸腾散失是否达到平衡或关联进化还缺乏了解。本研究以11种基部被子植物为材料,测定了气孔密度、气孔长度、叶脉密度和叶片厚度4个叶片性状,并结合系统发育树,利用系统发育独立对比的方法分析这些性状之间的关联进化。结果显示：沿进化方向,气孔密度和叶脉密度逐渐增加,而气孔长度和叶片厚度有减小的趋势;无论是否考虑系统发育的影响,气孔密度都与叶脉密度呈显著正相关关系,说明二者之间存在关联进化,并证实了基部被子植物叶片水分平衡假说;气孔密度和长度、叶脉密度均与叶片厚度呈显著线性相关,但在去除系统发育的影响后这种线性相关关系不再显著,说明叶片厚度与其它三个叶片性状不存在关联进化。本研究结果还表明,叶片的水分供应和散失乃至CO2通透性的平衡主导着基部被子植物叶片结构和功能的进化。     

秦王川盐沼湿地角果碱蓬种群聚集分布格局与特征

植物种群的多尺度集聚与聚块特征变化是植物对环境协同适应的结果。运用成对相关函数与零模型方法,依据微地形的土壤盐分分布规律设置4个样地,在2 m×2 m的样方内设置400个小格子记录植物株数并取土样,分析了兰州秦王川盐沼湿地土壤盐分梯度下角果碱蓬种群(Suaeda corniculata)种群空间格局的集聚分布内在特征。结果表明:角果碱蓬种群集聚分布范围内呈现2个关键尺度的集聚现象,小尺寸聚块的集聚或叠加形成复合大尺度聚集,整体表现为嵌套双聚块分布;随着土壤盐分递减,种群集群分布中大聚块尺寸趋于增大,小聚块尺寸差异不明显;大尺寸聚块的数量明显减少,小聚块数量随种群植株数量变化,整个梯度呈现降低趋势;小聚块中植株个体平均数逐渐减少,复合大聚块中包含小尺度聚块平均数量呈降低趋势。内陆盐沼湿地土壤环境异质性背景下角果碱蓬种群集群分布中聚块特征的梯度变化,是植株个体形态与构成的调整适应,种群正负向生态关系、庇护与自疏效应梯度转换的结果。     

高粱、紫苏叶脉密度与光合特性的关系

叶脉是植物叶片光合作用水分输送的重要结构。为阐述叶脉与光合特性之间的关系,以C4植物高粱(Sorghum bicolor)、C3植物紫苏(Perilla frutescens)为实验材料研究了叶脉密度和光合特性之间的关系。结果表明,与紫苏相比,高粱叶片叶脉密度大,导水能力强,蒸腾速率高,但气孔密度小。进一步分析表明,高粱叶片近轴侧气孔密度占总气孔的比例明显高于紫苏。叶脉密度大的高粱具有较高的净光合速率;而紫苏叶脉密度小,净光合速率也较低。由此表明,较高的叶脉密度有利于支持较高的光合速率,但研究表明叶脉密度和气孔密度可能不存在严格的协同变异关系。研究结果对理解植物光合作用适应有重要意义。     

兰州北山不同坡向刺槐叶脉密度与气孔性状的关联性分析

植物叶脉和气孔性状的关系反映了叶片的水力特性, 对认识它们与植物水分利用有关的生理功能间的关系及其调控作用具有重要意义。该文利用GIS (geographic information system)与实验生态学相结合的方法, 采用标准化主轴估计方法, 研究了兰州市北山不同坡向人工林刺槐(Robinia pseudoacacia)叶脉密度与气孔密度、气孔大小的关系。结果表明: 随着坡向由南坡向东坡、西坡和北坡转变, 植被群落的郁闭度、高度和土壤含水量呈逐渐增加的趋势, 刺槐的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、光合有效辐射(PAR)、叶脉密度和气孔密度呈逐渐减小的趋势, 气孔与叶面积呈逐渐增大的趋势; 各个坡向的刺槐叶脉密度与气孔密度呈显著正相关关系, 与气孔大小呈显著负相关关系, 且在南坡达到极显著相关关系。生长在南坡的刺槐具有高的叶脉密度和密而小的气孔, 生长在北坡的刺槐具有低的叶脉密度和疏而大的气孔。不同坡向刺槐叶脉密度与气孔特征间的资源分配模式, 反映了植物在异质性生境中根据其功能需求在自身性状之间进行投资权衡机制的优化。     

天童山阔叶木本植物叶片大小与叶脉密度及单位叶脉长度细胞壁干质量的关系

叶片大小是植物生态策略中的一个关键性状, 而叶脉是叶内主要的支撑和输导结构, 对叶片的生长发育具有重要的影响。该研究以天童山38种阔叶木本植物为研究对象, 以叶片面积、干质量和周长表征叶片大小, 采用标准化主轴估计(SMA)方法和系统发育独立比较(PIC)分析主脉密度、细脉密度和总叶脉密度, 以及各级叶脉单位长度的细胞壁干质量与叶片大小之间的关系, 拟从叶片内部结构和资源分配策略的角度探明叶片大小与叶脉结构之间的变化关系及生态学意义。研究结果显示: (1)叶片大小与主脉密度极显著负相关, 细脉密度以及总叶脉密度与叶片大小关系不显著, 表明叶片越小, 主脉密度越高, 而细脉密度与叶片大小无关; (2)单位主脉长度的细胞壁干质量与叶片大小极显著正相关, 单位细脉和总叶脉长度的细胞壁干质量与叶片大小的相关性均不显著, 表明随着叶片的增大, 单位主脉长度的细胞壁干质量显著增加, 而细脉的细胞壁干质量与叶片大小无关; (3)主脉密度与单位主脉长度的细胞壁干质量之间是斜率显著大于-1的负异速生长关系, 表明主脉密度随单位主脉长度的细胞壁干质量增加而显著下降, 两者之间存在权衡关系, 而单位细脉长度的细胞壁干质量与细脉密度关系不显著。上述结果表明, 与大叶片相比, 小叶中通常具有较高的主脉密度, 这不仅是叶片发育过程中叶形变化调控的结果, 也是单位叶脉长度的细胞壁干质量调控的结果, 单位叶脉长度的细胞壁干质量是导致叶片大小与主、细脉密度之间不同变化关系的直接因素。该研究结果为我们理解全球范围内叶片大小变化的生物地理分布模式以及植物对环境的适应策略提供了参考。     

Abiotic stress response in the moss <Emphasis Type="Italic">Physcomitrella patens</Emphasis>: evidence for an evolutionary alteration in signaling pathways in land plants

The mechanisms plants use to adapt to abiotic stress have been widely studied in a number of seed plants. Major research has been focused on the isolation of stress-responsive genes as a means to understand the molecular events underlying the adaptation process. To study stress-related gene regulation in the moss Physcomitrella patens we have isolated two cDNAs showing homology to highly conserved small hydrophobic proteins from different seed plants. The corresponding genes are up-regulated by dehydration, salt, sorbitol, cold and the hormone abscisic acid, indicating overlapping pathways are involved in the control of these genes. Based on the molecular characterization of the moss homologs we propose that signaling pathways in response to abiotic stress may have been altered during the evolution of land plants.Abbreviation ABA Abscisic acid - EST Expressed sequence tag     

Effects of short-term soil flooding on stomata behaviour and leaf gas exchange in barley plants

Exposure of barley plants (Hordeum vulgare L.) to soil flooding for 2 to 24 h reduced the net photosynthetic rate and transpiration rate. Stomatal conductance also decreased in flooded plants. Stomatal closure started within 2 – 6 h and stomata remained closed up to 24 h of treatment.     

四翅滨藜生理生化特征对盐胁迫的响应

采用温室盆栽试验研究四翅滨藜(Atriplex canescens)幼苗株高、地径、生物量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量、抗氧化酶活性及丙二醛含量对不同浓度NaCl和Na_2SO_4(0、100、200、300和400mmol·L~(-1))胁迫的响应,以探讨四翅滨藜对不同种类及不同浓度盐渍环境的适应机制及其耐盐机理。结果显示:(1)随着盐分浓度的升高,四翅滨藜幼苗的株高、地径及生物量增量呈现出先升高后降低的趋势,低盐浓度下2种盐均促进幼苗生长,盐浓度超过400mmol·L~(-1)时,NaCl对幼苗生长具有明显抑制作用。(2)2种盐处理下,四翅滨藜幼苗净光合速率(Pn)和叶绿素含量(Chl)随盐浓度增大而升高,即2种盐均对幼苗Pn和Chl含量具有促进作用,且Na_2SO_4的促进效果大于NaCl;而幼苗蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)随盐浓度升高呈先增大后减小的趋势,且Na_2SO_4的促进作用强于NaCl。(3)与对照相比,四翅滨藜幼苗的丙二醛、SOD、POD酶活性在NaCl和Na_2SO_42种盐处理下,随着盐浓度的升高均呈现出不同程度的增大,且增大幅度总体表现为NaClNa_2SO_4。研究表明,四翅滨藜在NaCl和Na_2SO_4胁迫下,叶绿素的分解速率以及发挥作用的渗透调节物质均有差异,使得幼苗叶片健康程度不同,导致叶片光合能力大小的差异,最终表现为植株的生长差异;四翅滨藜具有较强的耐盐能力,而且对Na_2SO_4的适应能力强于NaCl。     

Stable transformation of the moss Physcomitrella patens

Summary We report the stable transformation of Physcomitrella patens to either G418 or hygromycin B resistance following polyethylene glycol-mediated direct DNA uptake by protoplasts. The method described in this paper was used successfully in independent experiments carried out in our two laboratories. Transformation was assessed by the following criteria: selection of antibiotic-resistant plants, mitotic and meiotic stability of phenotypes after removal of selective pressure and stable transmission of the character to the offspring; Southern hybridisation analysis of genomic DNA to show integration of the plasmid DNA; segregation of the resistance gene following crosses with antibiotic-sensitive strains; and finally Southern hybridisation analysis of both resistant and sensitive progeny. In addition to stable transformants, a heterogeneous class of unstable transformants was obtained.     

小立碗藓PpAGO7基因的克隆及表达分析

该研究采用同源克隆的方法获得了小立碗藓AGO7蛋白编码基因PpAGO7,对PpAGO7基因序列特征进行生物信息学分析,并利用Real-time PCR方法分析PpAGO7基因的时空表达模式,为揭示小立碗藓中PpAGO7基因的生物学功能提供依据。结果表明:PpAGO7基因的全长cNDA为3 583bp,其中开放阅读框3 363bp,编码1 120个氨基酸,分子量123.38kD,等电点9.26,含有AGO蛋白典型的PAZ和PIWI结构域;PpAGO7基因在小立碗藓整个生活周期都有表达,且在茎叶体生长时期表达水平较高,但在原丝体时期表达水平较低。研究结果推测PpAGO7基因可能在茎叶体拟叶的生长发育过程中起作用。     

Effects of Pre-Treatments with Abscisic Acid and/or Benzyladenine on Gas Exchange of French Bean, Sugar Beet, and Maize Leaves During Water Stress and After Rehydration

Net photosynthetic rate (P_N), transpiration rate (E), and stomatal conductance (g_s) during water stress and after rehydration were measured in Phaseolus vulgaris, Beta vulgaris, and Zea mays. Immediately before imposition of water stress by cessation of watering, plants were irrigated with water (control), 100 M abscisic acid (ABA), and/or 10 M N⁶-benzyladenine (BA). In all three species, application of ABA decreased g_s, E, and P_N already 1 h after application. However, during water stress g_s, E, and P_N in plants pre-treated with ABA remained higher than in plants pre-treated with water. Positive effects of ABA application were observed also after rehydration. In contrast, the effects of pre-treatment with BA were species-specific. While in bean plants BA application ameliorated negative effect of water stress, only very slight effects were observed in maize, and in sugar beet BA even aggravated the effects of water stress.     

松嫩平原苏打盐渍土区不同潜水埋深下羊草的光合特征

通过人工控制地下水位模拟试验,研究了不同潜水埋深下羊草净光合速率和蒸腾速率。结果表明地下潜水埋深直接影响羊草的正常生理活动。潜水埋深在1.0—2.5m之间,潜水埋深越浅,羊草表现为净光合速率和蒸腾速率越高;随着潜水埋深的增加,羊草净光合速率和蒸腾速率减小,生理活动下降。不同月份羊草净光合速率和蒸腾速率与潜水埋深呈幂函数关系,不同时间羊草净光合速率和蒸腾速率与潜水埋深呈幂函数、指数函数和对数函数关系,相关系数均在0.90以上,因此可以用函数方程来估算不同潜水埋深下的羊草净光合速率和蒸腾速率。结果为松嫩平原苏打盐渍土区植被恢复与环境保护提供科学依据。