Response of resource allocation of Saussurea leontodontoides during its fruiting stage to the elevation

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

狮牙草状风毛菊果期资源分配对海拔的响应

植物资源分配是目前植物生态学研究的热点问题, 主要集中在性分配和繁殖分配两个方面。该研究以分布在青藏高原的狮牙草状风毛菊(Saussurea leontodontoides)作为研究材料, 研究了6个海拔高度上果期植株的繁殖特征及资源分配的差异, 并用异速模型分析了繁殖性状及资源分配与个体大小的关系。结果显示: 1)狮牙草状风毛菊的个体大小、繁殖器官生物量、营养器官生物量、种子数和营养分配均与海拔存在极显著负相关关系, 百粒质量和繁殖分配与海拔存在极显著正相关关系。2)在不同海拔高度下, 百粒质量、种子数、繁殖器官生物量及营养分配与植株个体大小呈正相关关系; 繁殖分配与植株个体大小呈负相关关系; 而营养器官生物量与植株个体大小呈极显著正相关关系。这表明海拔和个体大小对狮牙草状风毛菊的繁殖对策有不同程度的影响, 狮牙草状风毛菊通过增加繁殖部分的生物量和百粒质量来适应高海拔的胁迫环境。     

青藏高原不同生境下湿生扁蕾(Gentianopsis paludosa)个体大小依赖的繁殖分配

植物对资源的投资和分配是生态学中的重要问题,它反映了植物应对环境变化时的生活史策略。选择青藏高原东缘同一海拔下的嵩草草甸(Kobresia sp.meadow)、金露梅灌丛(Potentilla fruticosa shrub meadow)以及草甸-灌丛交错带3种生境类型,并以3种生境下的湿生扁蕾(Gentianopsis paludosa)为对象,研究了其繁殖分配特征。结果发现:(1)在种群水平上,在生境从草甸经交错带到灌丛的变化中,湿生扁蕾个体大小和繁殖分配比例逐渐增加;3个种群湿生扁蕾的总花数目没有显著差异,但草甸生境湿生扁蕾的蕾期花数目显著高于灌丛生境,而果期花数目则显著低于灌丛生境;(2)在个体水平上,湿生扁蕾的繁殖绝对投入与个体大小显著正相关,且各种群植株都存在繁殖所需的个体大小阈值,而繁殖阈值在生境从草甸经交错带到灌丛的过渡中逐渐减小;湿生扁蕾的繁殖相对投入与个体大小负相关,但相关系数随着生境从草甸经交错带到灌丛的过渡中逐渐减小;各种群花数目与湿生扁蕾植株个体大小显著正相关。研究表明,湿生扁蕾的繁殖投资存在大小依赖效应,但生境差异会对其繁殖投资和生活史策略造成显著影响,而这种影响主要是由不同生境下自然条件的不同造成的。同时,资源分配也与湿生扁蕾的遗传特性和延迟自交的繁育系统特征有关。湿生扁蕾这种不同生境下个体大小依赖的繁殖投资差异是湿生扁蕾与其生境长期适应和进化(生境选择)的结果。     

植物中褪黑素的研究进展

植物褪黑素自20世纪90年代被发现以来,初期的研究多为测定方法,而后褪黑素生理功能的研究成为热点。植物中褪黑素含量的测定方法有放射免疫测定(RIA)、高效液相色谱(HPLC)、气相色谱(GC)、高效液相色谱-质谱(HPLC-MS)和气相色谱-质谱(GC-MS)等,而高效液相色谱与荧光检测器(HPLC-FD)和电化学检测器(HPLC-EC)联用是植物中褪黑素定量研究的较常用方法。褪黑素含量因植物种类、器官不同而异,并以繁殖器官种子和花中较高。褪黑素在植物中具有调节光周期、促进植物种子萌发及生根、提高植物抵御外界环境压力如重金属、紫外辐射、温度变化等功能,而这些生理功能的作用机制、合成位点等尚待进一步研究。该文对国内外近年来有关褪黑素在植物中的检测方法、生物合成途径及生理功能等几个方面的研究进展进行综述,并提出今后的研究方向。     

植物生活史繁殖对策与干扰关系的研究

植物生活史繁殖对策研究是涉及植物的适应或进化、生态系统退化与恢复过程、生物多样性保护等多方面理论生态学和应用生态学研究内容的生态学研究领域。按Grime的植物生活史繁殖对策分类、植物营养繁殖与干扰适应、种子形态学与干扰适应、土壤种子库与干扰适应、植物繁殖体传播和萌发与干扰适应论述了当今极受关注的植物生活史繁殖对策与干扰关系,简述了我国干旱区干扰与植物生活史繁殖对策关系研究。     

青藏高原特有植物露蕊乌头 (毛茛科) 从冰期避难所扩张后繁殖资源分配的变化

物种分布范围的形成是进化生态学研究的基本问题之一,但植物的资源分配策略是否与物种边界形成有关一直没有相关研究。青藏高原特有植物露蕊乌头在末次最大冰期时有4个避难所,但冰期后只有一个避难所的种群发生了扩张并最终形成了现代分布格局。以露蕊乌头的避难所种群（同仁种群）和扩张后邻近分布区边缘的两个种群（兴海种群和海北种群）为研究对象,通过比较避难所种群和边缘种群的资源分配方式,探讨露蕊乌头的资源分配与该植物分布区及边界形成的关系。结果发现：1）兴海和海北种群的营养结构（包括根、植株高度和茎叶生物量）均显著低于同仁种群,海北种群的繁殖结构（花数量和花生物量）显著低于同仁和兴海种群,但海北和兴海的繁殖分配均显著高于同仁种群;2）3个种群的繁殖资源与个体大小呈现显著的正相关关系,投入到繁殖资源的比例（繁殖分配）与个体大小呈显著的负相关关系。对露蕊乌头的研究结果一方面进一步证明了个体大小依赖的繁殖分配,但不符合“植物开始繁殖必须达到一定的大小（阈值）”这一结论,这可能与露蕊乌头的生活史特征有关;而另一方面,露蕊乌头在扩张过程中逐渐增加了对繁殖资源投资的比例,说明胁迫生境中有性繁殖对该植物具有更为重要的意义,且露蕊乌头在扩张过程中可能逐渐实现繁殖产出最大化,并可能在边缘种群实现最优繁殖分配进而最终形成该物种分布区的边界,但这一结论仍需在更多的植物类群中验证。     

《种子生态学》简介

《种子生态学》(Seed Ecology)由英国南安普敦(Southampton)大学生物系迈克尔·芬纳(Michael Fenner)编著。此书1985年在伦敦首次出版,全书约15万字,计151页。书末附参考文献334篇并备有索引。该书共分8章42节,各章主要内容简介如下: 第一章,植物的繁殖策略,该章篇幅最大,详述了种子生态学的一些基础知识,包括植物繁殖策略的特点、植物生活史与繁殖策略。并从种子的无性繁殖、资源分配、繁殖力及其时程表(schedules)、种子的体积与数量等几个方面对植物繁殖的各种策略展开讨论;第二章,种子在扩散准备阶段遭受的危险,对大多数植物来说,从胚珠发育为成熟种子     

青藏高原特有植物露蕊乌头（毛茛科）从冰期避难所扩张后繁殖资源分配的变化

物种分布范围的形成是进化生态学研究的基本问题之一。但植物的资源分配策略是否与物种边界形成有关一直没有相关研究。青藏高原特有植物露蕊乌头在末次最大冰期时有4个避难所,但冰期后只有一个避难所的种群发生了扩张并最终形成了现代分布格局。以露蕊乌头的避难所种群（同仁种群）和扩张后邻近分布区边缘的两个种群（兴海种群和海北种群）为研究对象,通过比较避难所种群和边缘种群的资源分配方式,探讨露蕊乌头的资源分配与该植物分布区及边界形成的关系。结果发现：1）兴海和海北种群的营养结构（包括根、植株高度和茎叶生物量）均显著低于同仁种群．海北种群的繁殖结构（花数量和花生物量）显著低于同仁和兴海种群,但海北和兴海的繁殖分配均显著高于同仁种群;2）3个种群的繁殖资源与个体大小呈现显著的正相关关系,投入到繁殖资源的比例（繁殖分配）与个体大小呈显著的负相关关系。对露蕊乌头的研究结果一方面进一步证明了个体大小依赖的繁殖分配,但不符合“植物开始繁殖必须达到一定的大小（阈值）”这一结论,这可能与露蕊乌头的生活史特征有关：而另一方面,露蕊乌头在扩张过程中逐渐增加了对繁殖资源投资的比例,说明胁迫生境中有性繁殖对该植物具有更为重要的意义,且露蕊乌头在扩张过程中可能逐渐实现繁殖产出最大化,并可能在边缘种群实现最优繁殖分配进而最终形成该物种分布区的边界,但这一结论仍需在更多的植物类群中验证。     

种子生态学: 种子在群落中的作用

种子是指由胚珠发育而成的繁殖器官。在生态学研究中,其涵义要比植物学上种子的概念宽泛有时也指果实。作为种子植物生活史的一个重要阶段,种子从其发生、发育到成熟、传播、萌发以至成苗都与周围的环境紧密联系着。因而种子生态学是研究种子与其环境相互关系的科学。种子生态学的研究内容主要包括:种子发育与成熟的环境调节(生殖分配和结实格局)、种子性状、种子捕食、种子传播(包括种子雨)、种子库、种子休眠、种子萌发、幼苗建成和种群更新等,其中种子传播、土壤种子库、种子休眠与萌发是研究的核心内容。     

青藏高原3种风毛菊属植物的繁殖分配与海拔高度的相关性

对产于青藏高原东缘的风毛菊属植物柳叶菜风毛菊(Saussurea epilobioides)、尖苞风毛菊(S. subulisquama)和钝苞雪莲(S. nigrescens)的30个居群的繁殖分配及其与海拔间的相关性进行了初步研究。通过采样调查法和烘干重量法, 检测了不同海拔3种风毛菊属植物的繁殖分配。结果显示: 1)海拔与植株个体大小呈负相关关系; 2)海拔与繁殖分配呈正相关关系, 将个体大小作为协变量, 去除其影响, 海拔与繁殖分配仍呈正相关关系; 3)个体大小与繁殖分配呈负相关关系, 将海拔作为协变量, 去除其影响, 个体大小和繁殖分配的相关性消失。研究表明, 海拔作为外界因子对繁殖分配有显著的影响, 这种影响不依赖于植物的内部因素(如个体大小的差异)。     

神农箭竹开花前后植物体内N、P、K元素的动态

对神农箭竹(Fargesia murielae)N、P、K的含量进行分析,结果表明:N、P、K在竹子植物体内呈非均匀分布。N和P在各器官中的分布规律为:叶>鞭、根>竿;K在未开花竹和正开花竹中分布规律为:鞭>根>叶>竿,在已开花竹中分布规律为:叶>鞭>竿>根。随着开花过程的进行,N的含量在叶、竿、鞭和根等器官中逐渐减少;P的含量在竿、鞭和根等器官中逐渐降低,在叶片中先升高后降低;K的含量在鞭和根中呈下降趋势,在竿和叶中先降低后升高。     

狭叶红景天引种驯化后抗氧化能力、主要活性物质含量及挥发性组分的变化

以甘肃省甘南藏族自治州碌曲县栽培和野生狭叶红景天为材料,分别对根茎(主根和侧根)的抗氧化能力、可溶性糖、总黄酮、酚类和红景天苷含量,以及挥发性组分进行研究.结果表明: 狭叶红景天栽培根茎的自由基抑制率(I)、铁离子还原/氧化能力(FRAP),以及可溶性糖、总黄酮、酚类和红景天苷含量均显著大于野生根茎;栽培和野生根茎中均含有21种挥发性组分,相对含量较高的为苯乙酮、2-糠醛、棕榈酸等;与野生根茎相比,栽培根茎有15种组分的相对含量增加,主根中相对变化量较大的为3-羟基月桂酸、2,4-二叔丁基苯酚、亚麻酰氯等,侧根为2-乙酰呋喃、对羟苯基乙醇、丁子香酚等.栽培和野生侧根的I、FRAP值,以及总黄酮、酚类和红景天苷含量均显著大于主根.与主根相比,侧根有12种挥发性组分相对含量增加,变化量较大的为3-羟基月桂酸、10,13-十八碳二炔酸甲酯、对羟苯基乙醇等.栽培驯化后狭叶红景天根茎的抗氧化能力、主要活性物质含量及挥发性组分相对含量高于野生狭叶红景天,且侧根的品质更佳.     

太白山独叶草无性系分株营养元素含量对异质环境的响应

以分布在太白山国家森林公园3个海拔高度的游击型克隆植物独叶草为研究对象,分析测定了不同分株营养器官中C、N、P、K和Mg含量.结果表明：分株年龄、海拔梯度以及分株年龄与海拔梯度的交互作用对独叶草分株各营养器官全碳含量的影响不显著(P>0.05),对全氮、全磷、K和Mg含量的影响程度各不相同,说明独叶草无性系分株通过自身的生理代谢调整了各器官中营养元素的分配.在高海拔生境中,分株年龄显著影响独叶草无性系分株各器官的K含量、根状茎和根中的全氮含量(P<0.05).除了中海拔(2 800～2 900 m) 独叶草无性系分株的K与全氮、全磷和Mg含量相关性不明显外,其他海拔各元素两两间均呈显著相关(P<0.05).这表明高海拔生境中生理可塑性对克隆植物生长的贡献可能比低海拔更大,强的生理可塑性有助于克隆植物在高山环境中有效地利用资源,实现种群扩展、开拓新的生境.这也可能是独叶草在长期演化过程中对异质生境的一种生理响应.     

Phylogenetic and growth form variation in the scaling of nitrogen and phosphorus in the seed plants

Plant biomass and nutrient allocation explicitly links the evolved strategies of plant species to the material and energy cycles of ecosystems. Allocation of nitrogen (N) and phosphorus (P) is of particular interest because N and P play pivotal roles in many aspects of plant biology, and their availability frequently limits plant growth. Here we present a comparative scaling analysis of a global data compilation detailing the N and P contents of leaves, stems, roots, and reproductive structures of 1,287 species in 152 seed plant families. We find that P and N contents (as well as N : P) are generally highly correlated both within and across organs and that differences exist between woody and herbaceous taxa. Between plant organs, the quantitative form of the scaling relationship changes systematically, depending on whether the organs considered are primarily structural (i.e., stems, roots) or metabolically active (i.e., leaves, reproductive structures). While we find significant phylogenetic signals in the data, similar scaling relationships occur in independently evolving plant lineages, which implies that both the contingencies of evolutionary history and some degree of environmental convergence have led to a common set of rules that constrain the partitioning of nutrients among plant organs.     

NaCl分根胁迫对羊草幼苗生长及其生理生化特性的影响

在自动控制的遮雨棚中,研究了200 mmol·L-1NaCl胁迫对不同分根处理羊草幼苗生物量、活性氧代谢以及渗透调节物质含量的影响.结果表明:单一胁迫根茎(RHS)、单一胁迫根系(ROS)以及同时胁迫根茎和根系(RHSS)3种处理方式下羊草幼苗各器官干重均低于对照,且大体呈现RHSS>ROS>RHS趋势.在RHS和ROS处理下,羊草叶片和根茎SOD、POD、CAT活性及MDA含量均无显著差异;RHSS处理时根系中SOD、CAT活性相比ROS处理显著降低.3种处理下根茎和根系MDA、可溶性糖、脯氨酸含量均显著高于对照,可溶性糖、脯氨酸含量在RHS和ROS处理间存在显著差异.可见,根茎在羊草响应盐胁迫的生理过程中与根系具有类似的功能;盐胁迫下羊草不同器官同一抗氧化酶对活性氧淬灭具有不同的作用,与POD相比不同器官SOD和CAT作用可能更大;根茎可能参与光合同化物——可溶性糖在羊草地上部和地下部的调节运输,且协同根系增强了羊草对盐胁迫的耐性作用.     

砷胁迫对三七皂苷和黄酮含量、关键酶活性的影响及其蛋白质组分析

通过田间小区试验,研究不同As浓度(0、20、80、140、200和260 mg·kg^-1)连续2年处理对3年生三七根茎(主根、须根、剪口)和茎叶中皂苷、黄酮和As含量、三七鲨烯合酶、苯丙氨酸解氨酶和查尔酮合酶活性,以及叶片蛋白质组的影响,探讨连续2年砷胁迫对三七主要药效成分影响的酶学和蛋白质组学机制.结果表明: 三七须根中总皂苷含量随砷处理浓度的增加而降低.140 mg·kg^-1As处理下,茎叶和剪口总皂苷大于对照.根茎部三七鲨烯合酶活性较茎叶高.三七各部位黄酮含量均随砷处理浓度的增加而降低.140 mg·kg^-1As处理下,根茎部查尔酮合酶和苯丙氨酸解氨酶活性较茎叶高.茎叶和剪口查尔酮合酶活性低于对照,苯丙氨酸解氨酶的活性高于对照.三七各部位砷含量均随砷处理浓度增加而增加.须根中砷含量大于其他部位.140 mg·kg^-1As处理下,与对照相比,差异表达的蛋白质点达21个.叶片蛋白质组中下调的蛋白质包括磷酸核酮糖激酶、热激蛋白、NAD(P)-结合酶、单脱氢抗坏血酸还原酶和细胞色素b6-f复合物铁硫亚基.上调的蛋白质为CDC27家族蛋白、酸性内切壳多糖酶、共生受体激酶、异黄酮还原酶、DAHP合成酶、蛋白激酶、苹果酸脱氢酶、乙二醛酶和谷氨酰胺合成酶.经过连续2年的砷胁迫, 三七各部位砷含量增加,不仅影响了三七叶片光合作用和能量的合成,还减弱了抗氧化和抗逆能力,诱导了代谢解毒物质的酶表达,导致皂苷和黄酮含量降低.三七对砷的耐受阈值为140 mg·kg^-1.     

典型草原常见牧草春季萌动期可溶性糖及内源激素动态研究

在春季萌动期,分别对典型草原几种常见禾本科牧草老芒麦、披碱草、羊草、赖草和克氏针茅的幼芽和地下根系可溶性糖含量及内源激素动态变化规律进行研究.结果表明,高含量的GA和较低含量的ABA是根茎类禾草羊草和赖草春季萌动早的重要调控因子,而根系丰富的可溶性糖为根茎类禾草的萌动生长提供了物质基础;玉米素核苷动态变化趋势与根系可溶性糖含量动态相似,萌动初期呈下降趋势,4月底达到最低值,此后又逐渐上升;而内源激素IAA和GA的含量与牧草幼芽可溶性糖含量的变化趋势一致,均呈逐渐上升趋势;根茎类禾草羊草和赖草与须根系禾草老芒麦和披碱草之间幼芽的GA和ABA水平以及根系可溶性糖含量差异明显.     

Allocation strategies for nitrogen and phosphorus in forest plants

The allocation of limiting elements, such as nitrogen (N) and phosphorus (P), in plants is an important basis for structural stability and functional optimization in natural plant communities. However, because of the lack of systematic investigation data, the mechanisms of optimal nutrient allocation in plants in natural forests are still unclear. Using consistent measurements of N and P contents in 930 plant species, we explored the allocation strategies for N and P in different plant organs and plant functional groups (PFGs) in natural communities. The N and P contents and N:P ratio were the highest in the leaf (the most active organ) at the organ level. At the PFG level, the N and P contents were higher in herbs than in woody plants, but the trend was opposite for the N:P ratio. The elemental plasticity of root was higher than that of leaf. Furthermore, at the large scale, the allometric exponents of N and P were less than 1 and showed no difference, indicating strong conservatism of the scaling relationship in plants. In summary, higher element content in more active organs, higher element plasticity in underground organs, and conservative allometric allocation among different organs and among different PFGs jointly constitute the optimal strategies for the allocation of limiting elements.     

Mineral composition of Phragmites australis in Scottish lochs as related to eutrophication. I. Seasonal changes in organs

Monthly levels of nitrogen, phosphorus, potassium, sodium, calcium, magnesium and iron in the organs (root, rhizome, stem, leaf and panicle) of Phragmites australis were determined from March to November, 1975 in Forfar Loch (polytrophic), Balgavies Loch (eutrophic) and Loch of the Lowes (mesotrophic), Scotland. Generally no consistent seasonal changes in the mineral levels were detected for the root, rhizome and panicle. For the stem and leaf, the levels of nitrogen, phosphorus, potassium, calcium and magnesium rose to a peak before declining for the rest of the season. Consistently higher levels of tissue nitrogen, phosphorus, potassium and calcium were found in the Forfar plants over those of Balgavies and Lowes, reflecting the very eutrophic condition in Forfar Loch. The mineral compositions in the reeds in the present study were compared with similar studies in other areas.     

Physiological and biochemical aspects of clary (Salvia sclarea L.) overwintering in central Russia

Changes in the hormonal balance and the contents of carbohydrates, nitrogen, phosphorus, and potassium in overwintering organs of the biennial herb clary (Salvia sclarea L.) have been studied in relation to the adverse influence of environmental factors. Weather-related changes in tissue contents of cytokinins (CTK), abscisic acid (ABA), water-soluble sugars, and mineral nutrients elements have been detected in these organs. Each overwintering organ (rosette leaves, the basal part of the stem with axillary growth buds, and the storage portion of the root) is characterized by specific dynamics of the compounds tested. The role of phytohormones and carbohydrates in realization of plant adaptation potential is discussed.