沙地樟子松幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以2年生沙地樟子松幼苗为对象,通过持续自然干旱处理,研究当土壤含水量下降到田间持水量的60%、40%、30%、20%和15%时幼苗叶片水势及不同器官(一年生叶、当年生叶、茎、粗根和细根)的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)的含量,分析沙地樟子松幼苗在干旱致死过程中各器官NSC的分配规律及其适应机制.结果表明: 土壤含水量从田间持水量的40%下降到15%,幼苗叶片凌晨及正午水势无显著变化.当土壤含水量从田间持水量的60%下降到30%,各器官可溶性糖、淀粉、NSC含量和可溶性糖/淀粉先下降后上升.从30%下降到20%,当年生叶、一年生叶、茎和细根可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,而粗根可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.从20%下降到15%,当年生叶、一年生叶和茎可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,粗根可溶性糖和NSC含量下降,淀粉含量上升,细根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加.沙地樟子松幼苗通过不断调整各器官NSC及其组分含量变化以适应不同干旱环境,土壤含水量下降到田间持水量的30%后,幼苗可溶性糖和NSC含量总体呈下降趋势,淀粉在粗根和细根中积累,幼苗可能因碳耗竭而死亡.     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

遮荫对水曲柳幼苗细根衰老的影响

细根周转对森林生态系统碳地下分配和养分循环具有重要影响,而衰老是细根周转过程中最重要的阶段。根据“源-汇”理论,细根衰老受碳向细根分配的影响。为此,该研究通过控制水曲柳(Fraxinus mandshurica)苗木向根系的碳分配的遮荫处理试验,采用树木生理分析技术,重点研究了在光合产物供应停止情况下水曲柳幼苗根系的生理变化(即根尖、1级根到3级根的细胞活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和膜透性的变化)。目的是从生理水平上证实:1)碳分配对细根衰老产生怎样的影响;2)细根衰老的顺序是否与分支顺序相反。实验结果表明,遮荫处理使细根活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量显著降低和膜透性增大,导致细根出现明显衰老。从根系顶端向基部随着根序增加,细胞活力、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量提高,膜透性降低,从生理水平上表明细根衰老具有逐渐变化的顺序性,并且这种顺序性与根发育的顺序性相反。     

小叶锦鸡儿幼苗非结构性碳水化合物积累及分配对干旱胁迫的响应

以2年生小叶锦鸡儿幼苗为研究对象,采用盆栽控水法,设置适宜水分、轻度、中度和重度胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),探讨小叶锦鸡儿幼苗在干旱胁迫历时15、30、45和60 d各器官非结构性碳水化合物(NSC)的响应规律。结果表明:不同干旱胁迫处理程度与时间对小叶锦鸡儿幼苗叶片、茎、粗根和细根可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。轻度胁迫下,各器官可溶性糖、淀粉及总NSC含量在胁迫30 d时均显著低于适宜水分处理,细根可溶性糖和粗根淀粉含量在胁迫60 d时显著高于适宜水分处理。中度胁迫下,随着胁迫时间延长,茎和粗根可溶性糖含量先低于适宜水分处理,而后逐渐增加;与轻度胁迫处理相比,叶片、茎和细根可溶性糖含量增加,茎和粗根淀粉含量降低。重度胁迫下,各器官淀粉含量在胁迫15 d时显著低于适宜水分处理;在胁迫60d时显著高于适宜水分处理。以上结果说明,小叶锦鸡儿幼苗通过调整各器官NSC积累及分配应对不同干旱环境。     

杨树幼苗非结构性碳水化合物对增加降水和氮添加的响应

设置3个水分梯度,即自然降水(W₁)、自然降水增加50%(W₂)和增加100%(W₃)以及4个施氮梯度,即模拟氮沉降添加0(N₁)、5(N₂)、10(N₃)和15(N₄) g N·m^-2·a^-1,研究增加降水和氮添加对杨树幼苗非结构性碳水化合物(NSC)的影响.结果表明: 增加降水和氮添加对杨树幼苗NSC含量具有显著的交互作用.随着降水的增加,N₁水平叶片和枝条可溶性糖含量不变,叶片、枝条、主干、粗根和细根淀粉含量下降;N₂和N₃水平各器官可溶性糖含量下降或保持不变,淀粉含量降低或先升高后降低;N₄水平各器官可溶性糖和淀粉含量升高或先降低后升高.随着氮沉降的增加,W₁处理叶片可溶性糖含量不变,淀粉含量增加,细根可溶性糖含量增加,淀粉含量不变;W₂处理各器官可溶性糖含量不变或先增加后减少,淀粉含量降低或先增加后降低;W₃处理各器官可溶性糖、淀粉和NSC含量均增加.各水分和施氮梯度处理下,杨树幼苗可溶性糖含量为39.1～88.3 mg·g^-1,叶片中最高,细根中最低,淀粉含量为23.3～46.8 mg·g^-1,粗根中最高,细根中最低.     

土壤增温对杉木幼苗细根呼吸和非结构性碳的影响

在福建省三明市陈大国有林场开展杉木幼苗土壤增温试验,采用内生长环法研究土壤增温(+5℃)对杉木幼苗细根比呼吸速率和非结构性碳的影响,分析杉木人工林对全球变暖的地下响应及其适应性.结果表明:增温第二年,土壤增温引起细根组织内非结构性碳水化合物(NSC)的较大变化,1月增温处理0~1 mm细根NSC和淀粉浓度下降,1~2 mm细根可溶性糖和NSC浓度下降;7月增温处理0~1 mm细根NSC、可溶性糖和淀粉浓度提高,使1~2mm细根淀粉浓度增加.增温第3年,土壤增温对细根NSC无显著影响.增温处理使0~1 mm细根比根呼吸速率在增温第二年7月增加,而在第三年7月下降;与0~1 mm细根相比,增温处理对1~2 mm细根比呼吸速率没有显著影响.细根呼吸对增温的响应与增温持续时间有关,随增温时间的延长,细根呼吸产生部分驯化,同时能够使细根NSC浓度保持稳定.     

5个温带树种冠层枝叶非结构性碳水化合物浓度的空间变异

非结构性碳水化合物(NSC)是树木存活和生长的重要能源物质。冠层NSC不但是全树NSC的来源,也是全树NSC的重要储存库。然而,冠层NSC空间变异的研究较少,因而影响了树木NSC分配的估算精度。以红松(Pinus koraiensis)、兴安落叶松(Larix gmelinii)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、蒙古栎(Quercus mongolica)和白桦(Betula platyphylla)5个温带树种为研究对象,测定了不同高度冠层叶和细枝(直径≤3 cm)NSC浓度,分析了粗枝(一级侧枝)枝皮、边材和心材NSC浓度轴向变化及其与枝径的关系。结果表明:(1)除了5月末兴安落叶松树冠中层叶淀粉浓度显著高于树冠下层,以及8月中旬树冠上层叶可溶性糖浓度显著高于树冠中层之外,其他树种冠层叶NSC浓度的垂直变化不显著。常绿树种红松叶龄对NSC浓度的影响在生长季中期显著,但在生长季末期和休眠季节的影响不显著。(2)除了5月末红松树冠上层细枝可溶性糖浓度显著高于树冠中层之外,其他树种不同高度冠层间细枝NSC浓度差异不显著。(3)在纵向上,阔叶树种蒙古栎、水曲柳和白桦粗枝的枝皮、边材和心材NSC浓度多随着距树枝基部距离的增加而升高;在径向上,NSC浓度(除了水曲柳边材淀粉和白桦枝皮淀粉之外)多随着枝径增加而降低,表明树枝中的NSC浓度随着远离碳源而降低。总体上,5个温带树种冠层叶、细枝NSC浓度的空间变异不显著,但枝径和叶龄对NSC浓度的影响因树种、组织和季节而异,这在未来研究中应予考虑。     

云南普洱季风常绿阔叶林不同林层非结构性碳水化合物特征

在聚类分析的基础上,研究云南普洱季风常绿阔叶林主要物种非结构性碳水化合物(NSC)及其组分浓度、分配和季节性动态在林冠层、亚冠层和林下层间的变化特征.结果表明:亚冠层中可溶性糖及NSC浓度最高,分别为3.9%和13.3%,可溶性糖淀粉比在林下层最低,为0.76,而淀粉浓度则在各林层间无显著性差异.3个林层的可溶性糖均主要分配在叶片中,淀粉和NSC主要分配在根中.亚冠层中叶片和树干的可溶性糖浓度显著高于林冠层和林下层,枝和根的可溶性糖浓度在3个林层间无显著性差异;叶片的淀粉浓度则随林层高度降低而增加,但根淀粉浓度则是在林下层最低,为10.7%,枝和树干的淀粉浓度在3个林层间无显著差异;叶片NSC浓度为林冠层(10.7%)显著低于亚冠层(12.3%)和林下层(12.0%),但根的NSC浓度在林下层中最低,为14.2%;林下层叶片、枝、树干中可溶性糖淀粉比值均最低,但根的可溶性糖淀粉比值最低值出现在林冠层(0.79).3个林层NSC及其组分均存在显著的季节性变化,可溶性糖及可溶性糖淀粉比均为雨季显著高于旱季,而淀粉和NSC浓度则均在旱季中较高.不同林层NSC及其组分浓度的差异反映了不同高度树种碳利用策略的差异,部分地解释了物种的共存机制.     

长白山阔叶红松林3个主要树种的非结构性碳储存特征

非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)作为树木生命代谢的关键物质之一,在树木器官中的储存特征受到了广泛关注,但NSC在器官内部具有不同功能的组织间(韧皮部与木质部)的分配和权衡还不清楚.本研究以长白山阔叶红松林的3个优势树种——红松、水曲柳和紫椴为研究对象,对比分析NSC在根、树干韧皮与木质部中的浓度和分配特征.结果表明: 树木韧皮部和木质部间的NSC浓度差异显著,总体分配趋势为韧皮部以可溶性糖为主,而木质部以淀粉为主.树干外侧(以年轮划分,0～20年)、中段(20～40年)和内侧(>40年)的NSC浓度在不同树种间差异显著,而根中的差异不显著.红松和水曲柳树干韧皮部可溶性总糖浓度显著高于紫椴,在木质部中差异不显著.本研究结果表明,树体内部NSC在韧皮部和木质部上的分配存在明显分异,这与树种的演替阶段及组织的功能进化有关.研究结果对于深入理解温带树木的碳储存特征和分配机理具有参考意义.     

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。     

油松幼苗非结构性碳水化合物对干旱胁迫的阶段性响应

为探讨干旱胁迫对油松非结构性碳水化合物（NSC）的影响及其响应机制,以2年生油松幼苗为对象,设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理（即80%、60%、40%和20%田间持水量）,比较幼苗在不同胁迫时间（15、30、45和60 d）各器官NSC含量的变化规律。结果表明：不同干旱胁迫处理程度与时间对油松幼苗当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根的可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。干旱胁迫15 d时,当年生叶NSC含量在干旱胁迫处理显著低于适宜水分处理,细根NSC含量在轻度和重度胁迫处理显著高于适宜水分处理。干旱胁迫45 d时,随着胁迫程度增加,当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根淀粉含量均呈增加趋势。干旱胁迫60 d时,随着胁迫程度增加,细根淀粉含量呈下降趋势,细根可溶性糖及NSC含量在胁迫处理显著低于适宜水分处理。综上所述,油松幼苗胁迫初期,NSC优先供给细根以促进吸收水分,而长期胁迫,将导致NSC向下运输受阻,根系生长和吸收功能下降。这种NSC对干旱胁迫阶段性响应策略的揭示为东北地区油松幼苗造林最佳时间选择及水分管理提供数据支持。     

去叶对青杨雌雄植株生长和非结构性碳水化合物的影响

近年来,森林食叶害虫在全世界呈爆发趋势。树木的非结构性碳水化合物(NSC)如何响应叶片损失对其生长和生存至关重要。雌雄异株植物在维持森林生态系统稳定性方面扮演着重要角色。然而,目前对该类植物性别之间如何响应去叶的研究还比较少。本文以我国重要的经济和生态恢复树种青杨(Populus cathayana)为研究材料,比较了雌雄青杨幼苗的生长、NSC含量和储量对去叶(0,50%和100%叶片去除)的响应差异。结果表明:随去叶强度的增加,植物的生物量和植株NSC呈降低趋势,且根系(尤其是粗根)的生物量和NSC比地上部分受去叶的影响更大;雌株叶、粗根、细根和植株NSC储量总是高于雄株;随去叶强度增加,雄株的生物量积累和NSC含量和储量降低得比雌株更多。这些结果表明,青杨雌雄植株生长和NSC对不同去叶强度的响应存在性别差异,且去叶对青杨雄株的影响更大。这暗示了雌性青杨对去叶的耐性比雄性强。这些结果有助于理解雌雄异株植株性别水平上的碳平衡机理,也可为杨树人工林的选育提供支撑。     

杉木幼苗非结构性碳水化合物对遮阴及恢复光照的响应

该研究以盆栽杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,采用遮光率为60%的遮光网进行遮阴处理,以正常光照为对照,遮阴处理30 d后部分杉木幼苗进行20 d的光照恢复处理,测定分析遮阴及恢复光照处理后不同组织/器官的非结构性碳水化合物(NSC)浓度及其分配、以及NSC库的变化,以探讨杉木幼苗在遮阴及恢复光照后的NSC调控机制。结果显示:(1)遮阴能够显著降低杉木幼苗各组织/器官可溶性糖浓度,各组织/器官下降幅度依次为细根(71%)>当年生叶(68%)>一年生叶(58%)>树皮(57%)>木质部(55%)>粗根(45%);遮阴使淀粉浓度的下降程度显著高于可溶性糖,在所有组织/器官中粗根的淀粉浓度下降幅度最低(50%),其次是木质部(72%)细根的淀粉浓度下降最大。(2)遮阴处理使杉木幼苗各组织/器官的NSC浓度下降量均超过50%,但杉木幼苗的存活率依然为100%;遮阴后杉木幼苗的生物量变化无明显差异,但NSC库变小,NSC相对分配改变;遮阴后不同组织/器官的NSC下降程度不一,其中粗根的NSC浓度显著高于细根。(3)恢复光照处理后杉木幼苗各组织/器官的NSC浓度均可恢复到对照水平。研究证明,遮阴环境下杉木幼苗能够主动调节其NSC在各组织/器官的分配使其维持在一定范围,从而提高杉木幼苗对遮阴环境的适应性,而不是以牺牲生长为代价。     

秦岭东段不同海拔栓皮栎粗根非结构性碳水化合物含量的季节动态

掌握树木根部碳存储规律对于准确估算碳在地上器官与地下器官间的分配非常必要。本研究以栓皮栎(Quercus variabilis Blume)为对象,在2016年5月—2017年6月,通过周期性采样方法(共计采样14次),测定了高、低海拔(970和650 m)栓皮栎粗根非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSC)及其组分(可溶性糖和淀粉)含量的年内动态变化。结果表明:除高海拔淀粉外,栓皮栎粗根NSC及其组分含量均随季节变化差异显著(P<0.05)。粗根NSC含量呈现生长季初期(3月)下降,非生长季(2月)达到最高值的变化趋势;栓皮栎粗根NSC组成以淀粉为主,高、低海拔淀粉含量占比分别为61%和71%,这可能与栓皮栎适应区域环境特征有关。不同海拔间,栓皮栎粗根NSC及其组分含量的差异出现在生长季初期(3月,P<0.05)。高海拔(10.26%)栓皮栎粗根NSC含量小于低海拔(13.96%)。栓皮栎粗根NSC含量存在明显的季节波动,粗根在生长季末及非生长季积累的NSC对下一年树木生长启动非常重要,研究结果有助于理解树木地下器官对树木生长的碳供应机制。