祁连圆柏和圆柏色素含量及其花青苷合成酶活性的季节性变化

以祁连圆柏（Sabina przewalskii）和圆柏（S.chinensis）为材料,测定2种植物花青苷、类黄酮、紫松果黄素、叶绿素和类胡萝卜素的含量及花青苷合成过程中关键酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）和类黄酮糖基转移酶（UFGT）的活性,并分析了各值的季节性变化。结果表明,祁连圆柏和圆柏叶片中PAL及UFGT的活性、花青苷、类黄酮﹑紫松果黄素以及类胡萝卜素的含量在低温季节均明显高于其它季节;叶绿素含量在低温季节低于其它季节;并且祁连圆柏中花青苷含量及其合成酶PAL和UFGT的活性以及类黄酮、紫松果黄素和叶绿素含量始终高于圆柏。结果说明花青苷是圆柏属植物中具有抗冻特性的重要次生代谢物,是抵御低温和辐射胁迫的一种重要保护物质;紫松果黄素等色素对圆柏属植物抵抗低温诱导的光抑制起重要作用。     

祁连圆柏和圆柏色素含量及其花青苷合成酶活性的季节性变化

以祁连圆柏(Sabina przewalskii)和圆柏(S. chinensis)为材料, 测定2种植物花青苷、类黄酮、紫松果黄素、叶绿素和 类胡萝卜素的含量及花青苷合成过程中关键酶苯丙氨酸解氨酶(PAL)和类黄酮糖基转移酶(UFGT)的活性, 并分析了各值的季节性变化。结果表明, 祁连圆柏和圆柏叶片中PAL及UFGT的活性、花青苷、类黄酮﹑紫松果黄素以及类胡萝卜素的含量在低温季节均明显高于其它季节; 叶绿素含量在低温季节低于其它季节; 并且祁连圆柏中花青苷含量及其合成酶PAL和UFGT的活性以及类黄酮、紫松果黄素和叶绿素含量始终高于圆柏。结果说明花青苷是圆柏属植物中具有抗冻特性的重要次生代谢物,是抵御低温和辐射胁迫的一种重要保护物质; 紫松果黄素等色素对圆柏属植物抵抗低温诱导的光抑制起重要作用。     

不同海拔青海云杉与祁连圆柏叶片抗氧化系统

以祁连山寺大隆林区连续海拔梯度(2 665~3 365 m)上青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Sabina przewalskii)为材料, 测定叶片中抗氧化保护系统的变化, 探讨常绿木本植物抗氧化系统对高山极端环境的适应机制。结果显示, 祁连圆柏和青海云杉叶片中丙二醛(MDA)含量均与海拔高度呈正相关, 相同海拔上青海云杉MDA含量极显著高于祁连圆柏(p＜0.01)。随海拔升高, 两树种抗氧化保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽还原酶(GR)活性和非酶促抗氧化剂脯氨酸(Pro)、抗坏血酸(AsA)、还原性谷胱甘肽(GSH)含量均呈明显增加趋势。青海云杉叶片的AsA水平高于祁连圆柏, 但对海拔变化的敏感性较低; 祁连圆柏的GSH、Pro水平及其对海拔变化的敏感性均高于青海云杉。结果表明, 研究区青海云杉所受过氧化伤害较祁连圆柏更严重, 但两树种清除O₂^-·的能力相当而主要负责分解H₂O₂的酶种有所不同: 祁连圆柏中为POD, 青海云杉中则为CAT、APX和GR, AsA-GSH循环系统在青海云杉活性氧清除中的作用强于在祁连圆柏中, 祁连圆柏的活性氧清除物质可能以Pro为主。     

祁连圆柏光合色素与非结构性碳水化合物含量对海拔变化的响应

以祁连山林线附近(海拔2 860～3 323m)祁连圆柏(Sabina przewalskii)为研究对象,于7月下旬对不同海拔祁连圆柏成年树(胸径20cm左右)及幼树(胸径10cm左右)当年生叶的光合色素(叶绿素和类胡萝卜素)和非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)含量变化进行研究。结果显示:(1)祁连圆柏幼树叶片总叶绿素含量呈升高-降低-升高的趋势,成年树呈先降低再升高的趋势,但二者最低值均出现在海拔3 120m;类胡萝卜素含量成年树最高值出现在海拔3 320m处,幼树的最高值则出现在低海拔2 980m处。(2)NSC含量随海拔升高呈升高-降低-升高的变化趋势,最低值出现在海拔3 120m,而且幼树的NSC平均含量在各海拔显著高于成年树。研究说明,祁连圆柏随着海拔升高光合能力可能并未降低,而且在高海拔地的NSC供应充足,这暗示在全球气候变化背景下祁连圆柏林线具有沿海拔上升的潜力。     

祁连山优势树木碳水化合物资源分配的海拔和树种效应

海拔梯度造成的温度、水分和土壤肥力等环境异质性会影响树木的生长, 但是不同树木的生理差异也决定了树木资源分配权衡还存在很多不确定性。为探明祁连山地区青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Juniperus przewalskii)非结构碳水化合物(NSC)含量的海拔和树种效应差异, 该研究以祁连山两个优势针叶树种青海云杉和祁连圆柏为研究对象, 分别设置了高海拔(3 300 m)和低海拔(2 850 m)两个采样高度, 采用t检验和多因素方差分析比较了不同海拔两个树种NSC及其组分(可溶性糖、淀粉)含量的差异, 分析叶、树干、粗根和细根间的NSC及其组分含量的资源分配权衡特征, 明晰不同海拔青海云杉和祁连圆柏生长限制因素和生理生态适应机理。结果表明: (1)低海拔青海云杉整株和各器官NSC及其组分含量均显著高于高海拔青海云杉; 而低海拔祁连圆柏整株和各器官NSC及其组分含量均显著低于高海拔祁连圆柏; (2)不同海拔两个优势针叶树种可溶性糖主要投资在叶, 而淀粉主要投资在粗根和树干; (3)高海拔青海云杉的可溶性糖与淀粉的比值显著高于低海拔青海云杉, 说明高海拔青海云杉将更多的碳用于生长, 而低海拔青海云杉将更多的碳用于储存; (4)海拔、树种、器官以及它们的交互作用显著地影响NSC及其组分含量及可溶性糖:淀粉, 其中树种分别解释了NSC、淀粉总变异的38%和37%; 器官分别解释了可溶性糖、可溶性糖:淀粉总变异的68%和42%。该研究结果阐明了不同海拔青海云杉和祁连圆柏的生长限制因素及其资源分配权衡, 为理解不同海拔和不同树种的生态适应机理以及祁连山森林生态系统的保护提供了科学参考。     

升温对祁连山东部青海云杉径向生长的影响

在祁连山东部西营河流域不同海拔采集年轮样品,利用树木年代学方法建立高海拔(3000 m)、中海拔(2750 m)、低海拔(2500 m)青海云杉标准化年表,将年轮宽度指数与不同时段气温和降水分别进行相关分析,研究祁连山东部不同海拔青海云杉径向生长对气候变暖的响应。结果表明: 水热是祁连山东部青海云杉径向生长的主要限制因子,不同海拔树木的生长限制因子基本一致。在显著升温之前(1961—1986年),低、中、高海拔3个样点的青海云杉径向生长均与上一年7—8月和当年8月平均最高温呈显著负相关,与当年6月相对湿度呈显著正相关。显著升温之后(1986—2014年),高、中、低海拔树木生长与气温仍呈显著负相关,而与当年2月的相对湿度由升温前的不显著负相关转为显著正相关,与6月降水和相对湿度由升温前的显著正相关转为不显著的负相关。升温导致祁连山东部各海拔青海云杉树轮生长变慢,其中高海拔所受影响最大。气候变暖导致的干旱胁迫可能是青海云杉径向生长发生变化的主要原因。     

祁连山东部不同树种径向生长对气候因子的响应

为研究祁连山东部不同树种树木径向生长对气候因子响应的差异,采集青海云杉(Picea crassifolia)和祁连圆柏(Juniperus przewalskii)两个树种的树木年轮样芯,建立树轮宽度年表,并分析不同类型年表与24个时间尺度气候因子的相关性。分析年表参数发现,青海云杉的差值年表质量优于标准年表,祁连圆柏则相反。青海云杉树轮宽度年表包含的气候信息丰富度多于祁连圆柏。祁连圆柏对温度的响应要强于青海云杉,主要与前一年6—7月、前一年9月以及当年5—8月均温呈显著负相关,青海云杉对降水的响应要强于祁连圆柏,主要与前一年9月、当年7—8月累积降水呈显著正相关。两树种的径向生长均受到干旱胁迫,全球变暖背景下,这种胁迫会加剧,因此需要加强对祁连山森林的保护和管理。     

祁连山两种优势乔木叶片δ13C的海拔响应及其机理

以分布于祁连山北麓中段的两种优势乔木祁连圆柏(Sabina przewalskii)和青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 分析了高山乔木叶片δ¹³C值对海拔(2 600-3 600 m)、土壤含水量和叶片含水量、叶片碳氮含量的响应及其机理。结果表明, 这两种乔木叶片δ¹³C值均随海拔升高呈增重趋势, 与海拔呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。海拔2 600-3 600 m阳坡树种祁连圆柏叶片的δ¹³C值显著高于同海拔梯度阴坡树种青海云杉。祁连圆柏和青海云杉叶片的δ¹³C值均与年平均气温呈显著负相关关系(p < 0.000 1), 与年平均降水量呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。祁连圆柏叶片δ¹³C值与土壤含水量(p < 0.000 1)、叶片含水量(p = 0.01)和叶片碳氮比(C/N) (p < 0.000 1)呈显著正相关关系, 与叶片全氮呈显著负相关关系(p < 0.000 1)。而青海云杉叶片δ¹³C值与土壤含水量、叶片全氮、叶片碳氮比和叶片含水量不相关。说明海拔变化引起的水热条件的改变, 尤其是温度变化对高山乔木叶片碳同位素分馏起主要作用, 但各个因子综合对高山植物叶片碳同位素分馏的作用机制可能比较复杂, 需进一步深入研究。     

不同海拔微孔草抗氧化系统的比较研究

对生长在3个不同海拔自然生境下微孔草(Microula sikkimensis)叶中的抗氧化系统进行了比较研究.结果表明,生长在高海拔的微孔草叶中抗氧化酶类SOD、POD和CAT活性比生长在低海拔的活性高,其中大通牛场的微孔草叶中3种酶活性最高;APX的活性随海拔的升高而升高,且低海拔地区西宁的APX活性极显著低于高海拔地区大通和海北站(P<0.01);作为非酶抗氧化系统物质之一的抗坏血酸(ASA)含量随海拔的升高而降低.高海拔地区微孔草叶中可溶性糖含量极高(P<0.01);可溶性蛋白含量随海拔升高呈V字形变化.光合色素Chla、Chl b和Car的含量均随着海拔升高而增加,Chl a/b比值随海拔升高而降低.MDA的含量随海拔升高有增加的趋势,西宁和大通的相比较,MDA含量差异显著(P<0.05),说明微孔草叶细胞膜脂过氧化程度随海拔升高加剧.生长在不同海拔高度的微孔草对不同海拔高度环境变化具有相应的生理适应性和抗氧化策略.     

青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分土壤水分特性研究

为探讨青藏高原东北缘黄土区典型立地人工林分的土壤水分特性及耗水特性,本研究以青海云杉林地和祁连圆柏林地作为研究对象,对其土壤持水特性、土壤渗透特性、土壤水分动态和土壤耗水特性进行综合分析。研究结果表明:(1)在相同土壤水吸力作用下,青海云杉林地的持水性比祁连圆柏好,荒草地的持水性比林地差。(2)青海云杉林地的土壤渗透性总体优于祁连圆柏,荒草地的土壤渗透性最差。相同坡向,上坡位的土壤渗透性小于下坡位。(3)青海云杉林地土壤水分条件总体优于祁连圆柏,而荒草地土壤水分条件优于林地;半阴坡林地土壤含水量随坡位由上至下逐渐升高。(4)生长季期间,青海云杉林地平均耗水量大于祁连圆柏,而荒草地耗水量远小于林地。综上,青海云杉林地的土壤水分特性整体优于祁连圆柏林地,且二者的土壤水分状况都比较好,并未出现土壤干层、土壤水分过度消耗等现象,青海云杉和祁连圆柏在研究区的配置是合理的,可以作为当地的水源涵养树种。     

高原低氧免疫损伤及其干预措施的研究

目的:探讨高原低氧损伤免疫系统的特征及其可能机制,研究高原低氧免疫损伤的干预措施。方法:测定低氧暴露不同时间小鼠免疫器官指数、外周血和免疫器官T淋巴细胞亚群的变化;观察小鼠免疫器官淋巴细胞凋亡率及小鼠肺脏和肾脏病理学改变。采用预防给药方式,研究中药组方对低氧免疫损伤小鼠的干预作用。结果:①模拟海拔8000m低氧暴露8h后,小鼠胸腺CD4+CD8+细胞数显著下降,CD4+CD8-、CD4-CD8+细胞数显著增加(P0.01);低氧暴露3d后,外周血CD4+细胞明显减少(P0.05),CD4+/CD8+比值显著降低(P0.05),胸腺CD4+CD8+细胞数进一步下降,CD4+CD8-、CD4-CD8+细胞数进一步增加,小鼠脾脏、胸腺淋巴细胞晚期凋亡和坏死率均显著增加(P0.05);低氧暴露6d后,小鼠脾指数显著性增加(P0.01);胸腺指数显著性降低(P0.01),脾CD4+、CD8+细胞数显著降低(P0.01),脾脏和胸腺淋巴细胞晚期凋亡率和坏死率进一步增加(P0.01),活细胞率显著降低(P0.01),脾脏淋巴细胞早期凋亡率显著增加(P0.01)。整个低氧暴露过程中外周血CD8+无显著性变化。②新复方党参、香杞多糖、二者联合应用均能显著增加低氧免疫损伤小鼠外周血CD3+、CD4+、脾脏CD4+的细胞水平(P0.01,P0.05),对脾脏CD8+细胞水平没有显著影响。香杞多糖及其与新复方党参联合应用均能进一步降低胸腺CD4+CD8+,进一步增加CD4+CD8-的细胞水平(P0.01),未见对CD4-CD8+细胞水平的影响;新复方党参对低氧免疫损伤小鼠胸腺没有显著性影响。结论:模拟海拔8000m低氧暴露后小鼠外周发挥免疫作用的淋巴细胞数减少可能与低氧暴露早期淋巴细胞凋亡率和坏死率增加和肺脏淋巴细胞分布增多有关。新复方党参和香杞多糖作为低氧免疫损伤干预措施,具有一定发展前景。     

祁连山北麓山体垂直带土壤碳氮分布特征及影响因素

以祁连山北麓自然垂直带(2600～3600 m)阴、阳坡为研究对象,研究了表层(0～20 cm)土壤有机碳和全氮分布及与海拔、地形、植被和土壤特性的关系.结果表明：阴坡土壤的有机碳和全氮含量(101.2和6.6 g·kg^-1)显著高于阳坡(61.3和5.9 g·kg^-1),且随海拔上升呈增加趋势.不同植被类型下土壤有机碳含量为:高山灌丛草甸>青海云杉林>高山草甸>祁连圆柏林;全氮含量为:高山灌丛草甸>高山草甸>青海云杉林>祁连圆柏林.土壤有机碳含量与海拔、土壤含水量、土壤全氮和年均降水量呈显著正相关关系,与土壤pH值和年平均气温呈显著负相关关系.整个垂直带土壤碳氮比在6.7～23.3,有利于有机质矿化过程中养分的释放.年均气温、年均降水量和土壤含水量是影响土壤有机碳含量的第1主成分,土壤碳氮比是第2主成分,累计解释率为71%,说明气候因子对有机碳和全氮在垂直带上的空间分布起决定作用.     

中祁连山浅山区山地森林景观空间格局分析

基于地理信息系统软件ArcGIS,数字化祁连山西水自然保护站1：100 000地形图,生成研究区高程图和坡向图,并同植被图叠加,分析各景观组分在空间的分布特征,用定量分析景观结构程序Fragstats分析景观结构特征．结果表明,研究区各景观组分空间分布极不均衡,受海拔和坡向的影响非常明显．草地是面积最大、连结性和完整性最好的景观组分;青海云杉林斑块形状最为不规则,平均斑块面积小而距离近。最易因受到干扰而发生重大变化;宜林地和祁连圆柏林相对于农田、疏林地有较强的扩张特征．杨桦阔叶林各斑块相隔距离大而分散,斑块之间的邻接性很差,破碎化最为严重．     

海拔梯度对高原湿地植物形态和生理学效应研究

研究了纳帕海高原湿地4种常见的多年生水生植物经移栽至不同海拔后,在生长过程中的生长状况、叶绿素、可溶性糖、游离脯氨酸（Pro）含量、过氧化物酶（POD）活性的变化及其生理特性。结果表明,水葱（Scirpusvalidus）、荸荠（Heleocharis dulcis）、黑三棱（Sparganium stoloniferum）和茭草（Zizania latifolia）的生长状况随着海拔的降低均有所改善,其中,4种湿地植物的株高随海拔的降低均有所升高,水葱和荸荠的茎粗随海拔的降低均呈现增粗的趋势,黑三棱和茭草的叶片宽度也随海拔的降低有所增加;4种湿地植物的叶绿素（a＋b）含量随着海拔的降低均呈现不断下降的趋势;4种植物的可溶性糖和游离脯氨酸（Pro）含量随海拔的降低均有所下降;荸荠、黑三棱和茭草的过氧化物酶（POD）活性随海拔的降低均呈下降趋势,而水葱的过氧化物酶（POD）活性随着海拔的降低无显著变化,黑三棱和茭草的过氧化物酶（POD）活性显著高于其它两种植物。可见,4种湿地植物的形态、生理特征对不同海拔生境的适应方式可能是通过多种途径实现的,如形态特征、光合作用、抗寒物质代谢、抗氧化酶系统等随海拔梯度的变化而变化。这些不同的适应方式在不同的植物间既有共同规律,又有着各自的特性。     

Patterns of pigment changes in apple fruits during adaptation to high sunlight and sunscald development

Reflectance spectra of four apple (Malus domestica Borkh.) cultivars were studied and chlorophyll, carotenoid, anthocyanin and flavonoid content in sunlit and shaded peel was determined. In all cases sunlit peel accumulated high amounts of phenolics (flavonoid glycosides). Adaptation to strong sunlight of an apple cultivar with limited potential for anthocyanin biosynthesis (Antonovka) was accompanied by a decrease in chlorophyll and a significant increase in total carotenoid content. The increase in carotenoids also took place in sunlit sides of the Zhigulevskoye fruits, accumulating high amounts of anthocyanins, but chlorophyll content in sunlit peel was higher than that in shaded peel. Significant increases in carotenoids and anthocyanins were detected during fruit ripening when chlorophyll content fell below 1.5–1.8 nmol cm^–2. Chlorophyll in sunlit fruit surfaces of both cultivars was considerably more resistant to photobleaching than in shaded (especially of Zhigulevskoye) sides. Induced by sun irradiation, the photoadaptive responses were cultivar-dependent and expressed at different stages of fruit ripening even after storage in darkness. The development of sunscald symptoms in susceptible apple cultivars (Granny Smith and Renet Simirenko) led to a dramatic loss of chlorophylls and carotenoids, which was similar to that observed during artificial photobleaching. The results suggest that apple fruits exhibit a genetically determined strategy of adaptation of their photoprotective pigments to cope with mediated by reactive oxygen species photodynamic activity of chlorophyll under strong solar irradiation. This includes induction of synthesis and accumulation of flavonoids, anthocyanins and carotenoids that could be expressed, if necessary, at different stages of fruit development