高寒植物叶片性状对模拟降水变化的响应

降水变化对高寒草甸生态系统产生了显著影响,植物叶片性状特别是叶脉特征对降水变化非常敏感,然而高寒植物叶片性状特征如何响应降水变化还知之较少。采用集雨棚模拟增减50%降水的条件,以高寒草甸8种主要植物叶片为研究对象,研究了降水变化对叶片的叶脉率、叶脉密度、叶片大小、比叶质量、叶片总有机碳含量、叶片全氮含量、叶片碳同位素相对含量和碳氮比等叶片性状的影响。发现增水显著增加了植物的叶片大小、稳定碳同位素千分值、总有机碳含量、全氮含量,但显著降低了叶脉密度;而减水显著降低了叶片大小、稳定碳同位素千分值。植物叶片性状各指标对降水变化的响应存在协同变化和相互制约。不同水分生态类型的植物对降水变化的响应存在差异,中生植物通过增加叶片大小和减少叶脉密度积极应对降水的增加,矮生嵩草的叶片大小分别增加了200.3%,叶脉密度减小了17.5%,而旱中生植物通过减少叶片大小和增加叶脉密度应对降水的减少,垂穗披碱草和异针茅的叶片大小分别减少54.9%和30.7%,其叶脉密度分别增加25%和22.4%。羽状叶脉植物增加叶脉密度和稳定碳同位素千分值以适应增水条件,花苜蓿、异叶米口袋的叶脉密度的增加了7.8%和4.0%,稳定碳同位素千分值增加2.5%和3.3%,但增水条件下平行叶脉植物的叶脉密度不变或降低和稳定碳同位素千分值保持不变;减水增加了平行叶脉植物叶脉密度并减低了稳定碳同位素千分值,异针茅的叶脉密度增加了22.4%,稳定碳同位素千分值减小2.9%,而对羽状叶脉植物的叶脉密度和稳定碳同位素千分值减少或不变。植物叶片性状对增水的敏感性显著大于对减水的敏感性,增水的效应约为减水的2倍;叶片大小的敏感性显著大于其它叶片性状,约为其它叶片性状的10倍。因此,植物在应对短期降水变化时,植物形态可塑性的作用凸显,放大或缩小叶片大小是植物应对降水变化的最有效的途径,但是不同水分生态类型和叶脉类型植物可塑性的方向存在显著差异。     

遮光处理对草珊瑚光合特性及叶片解剖结构的影响

为探索遮光处理对草珊瑚光合特性及叶片解剖结构的影响,为草珊瑚的科学栽培提供理论依据。该研究以2年生草珊瑚为材料,设置全光照(L_0)及50%(L_(50))、70%(L_(70))和90%(L_(90))遮光处理,测定分析其光合特性和叶片解剖结构以及植株生长的变化。结果表明:(1)随着遮光率的增加,草珊瑚叶面光合有效辐射(PAR)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)逐渐减小,胞间二氧化碳浓度(C_i)先减少后增加,净光合速率(P_n)先增加后减少,并在L_(50)和L_(70)处理下具有较低的PAR、G_s、T_r和C_i,光合‘午休’现象得到有效缓解,表现出更高的P_n。(2)随着遮光率的增加,草珊瑚光补偿点(LCP)逐渐下降,光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)先升高后下降,表观量子效率(AQE)逐渐上升,叶片最大净光合速率(P_(nmax))先升高后下降,并在L_(50)和L_(70)处理下具有较低的LCP,较高的LSP和AQE,以及更高的最大净光合速率。(3)随着遮光率的增加,草珊瑚叶片、表皮细胞、栅栏组织和海绵组织的厚度明显增加,角质层厚度逐渐变薄;在L_(50)和L_(70)处理下,草珊瑚叶片栅栏组织和海绵组织发达,栅栏组织细胞长度变短,海绵组织厚度显著增加,细胞排列疏松,叶绿体数量显著增加;叶肉细胞和叶绿体结构完整,基粒类囊体和基质类囊体片层结构发达,叶片捕获光能力增强。(4)随着遮光率的增加,草珊瑚株高、地径、总叶面积数及单株生物量先增加后减少,并在L_(70)处理下均达到峰值,分别为58.58 cm、5.09 mm、1 038.53 cm~2和15.50 g。研究认为,草珊瑚具有一定的弱光耐受力和光可塑性,50%～70%遮光处理有利于草珊瑚生长,在实际生产中可根据该光照范围选择合适的间套作林分或进行适当的遮光处理。     

不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系

基因组大小在被子植物物种之间存在着巨大的变异, 但目前对不同生活型被子植物功能性状与基因组大小的关系缺乏统一的认识。本研究基于被子植物245科2,226属11,215个物种的基因组大小数据, 探讨了不同生活型物种种子重量、最大植株高度和叶片氮、磷含量4个功能性状与基因组大小之间的关系。结果表明, 被子植物最大植株高度和种子重量与基因组大小间的关系在草本和木本植物中存在显著差异。草本植物最大植株高度与基因组大小的关系不显著, 但种子重量与其呈极显著的正相关关系。木本植物最大植株高度与基因组大小显著负相关, 但种子重量与其关系不显著。木本植物叶片氮含量与基因组大小呈显著正相关, 但其他生活型植物的叶片氮、磷含量与基因组大小均无显著相关性。本研究表明被子植物功能性状与基因组大小的相关性在不同生活型间存在差异, 这为深入研究植物多种功能性状和植物生活型与基因组大小的权衡关系在植物演化和生态适应中的作用提供了重要依据。     

中国亚热带不同菌根树种的根叶形态学性状特征与生长差异: 以江西新岗山为例

探究植物功能性状的种内和种间变异不仅有助于揭示植物对环境的适应, 也能够反映植物的生态策略, 但不同菌根类型树木生长过程中根叶形态学功能性状的适应策略仍有待探究。本研究依托中国亚热带森林生物多样性与生态系统功能实验研究平台(BEF-China)选取7种丛枝菌根(AM)树木和7种外生菌根(EM)树木的纯林, 测定各个树种的比叶面积、叶干物质含量、比根长、根系直径、树高生长速率、地径生长速率及细根生物量等根叶形态学功能性状和生长指标, 探讨了两种菌根类型树种间的根叶形态学特征的差异。结果表明: 与AM树种相比, EM树种具有较小的比叶面积、吸收根平均直径和生长速率, 但具有更大的叶干物质含量; 两种菌根树种之间的比根长和细根生物量无显著差异。比叶面积、叶干物质含量、树高生长速率、地径生长速率和细根生物量等功能性状及生长指标在不同菌根类型、树种及二者的交互作用中均存在显著差异; 且树种、根功能型、菌根类型及三者之间的交互作用均对根功能性状有显著影响。EM树种地上指标的种内变异均大于种间变异, 而AM树种地上指标的种内和种间变异程度类似; 但两种菌根树种细根生物量的种间变异均大于种内变异。尽管两种菌根树种地上部分生长速率较快通常表现为较低的叶干物质含量, 但AM树种通常拥有较高的吸收根比根长, 而EM树种拥有较粗的运输根平均直径。吸收根比根长越低, 两类菌根树种的细根生物量就越多。由此可见, 根叶功能性状对植物地上部分的生长具有一定的协同效应, 其中运输根主要在EM树种地上生长过程中发挥重要作用, 吸收根主要与AM树种的地上部分生长有关; 但两类菌根树种的地下细根生物量均与吸收根有关。     

海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响

海拔变化会引起气压、温度、降水、土壤湿度和风速等环境因子发生急剧变化, 植物功能性状-海拔的相互关系对于预测全球变化背景下山地植物的适应方式具有重要意义。该研究在青海湖流域海拔3 400-4 200 m范围内布设了5个样地(海拔间隔约200 m), 通过植物群落调查, 测定植物功能性状和土壤理化性质, 结合气象数据, 探讨了海拔对青海湖流域群落水平植物功能性状的影响。结果如下: (1)群落加权平均植株高度(H)、叶片干物质含量(LDMC)、叶片碳氮比(C:N)和叶片氮磷比(N:P)随海拔升高显著降低, 比根表面积(SRA)随海拔升高波动下降, 比叶面积(SLA)、叶片氮含量(LNC)和叶片磷含量(LPC)随海拔升高显著升高, 叶片碳含量(LCC)、比根长(SRL)和根组织密度(RTD)随海拔未发生显著变化。(2)所有性状的变异来源以物种组成变化为主, N:P和LPC的种内性状变异与物种组成变化呈现正的协变效应, 其余性状为负的协变效应。(3)降水和0- 10 cm土层土壤养分含量对SLA变化的解释率较高, 温度和10-20 cm土层土壤养分含量对其余性状随海拔变化的解释率较高。以上结果表明青海湖流域植物群落主要通过物种更替来适应随海拔升高而剧烈变化的环境, 且各群落中的非优势种倾向于占据与优势种相反的性状空间来提高资源利用率, 随海拔变化的热量和深层土壤养分含量是群落水平植物功能性状变化的主要影响因子。     

A Novel Integrated Method Tor Large-scale Detection,Identification, and Quantification of Widely Targeted Metabolites： Application in the Study of Rice Metabolomics

Liquid chromatography-mass spectrometry （LC-MS）-based metabolomics has been facilitated by the con- struction of MSz spectral tag （MS2T） library from the total scan ESI MS/MS data, and the development of widely targeted metabolomics method using MS/MS data gathered from authentic standards. In this report, a novel strategy called step- wise multiple ion monitoring-enhanced product ions （stepwise MIM-EPI） was developed to construct the MS2T library, in which stepwise MIM was used as survey scans to trigger the acquisition of EPI. A total number of 698 （almost） non- redundant metabolites with MS2 spectra were obtained, of which 135 metabolites were identified/annotated. Integrating the data gathered from our MS2T library and other available multiple reaction monitoring （MRM） information, a widely targeted metabolomics method was developed to quantify 277 metabolites, including some phytohormones. Evaluation of the dehydration responses and natural variations of these metabolites in rice leaf not only suggested the coordinated regulation of abscisic acid （ABA） with metabolites such as serotonin derivative（s）, polyamine conjugates under drought stress, but also revealed some C-glycosylated flavones as the potential markers for the discrimination of indica and japonica rice subspecies. The new MS2T library construction and widely targeted metabolomics strategy could be used as a tool for rice functional genomics.     

兴安落叶松针叶解剖结构变化及其光合能力对气候变化的适应性

叶片易受环境因子影响,其形态解剖结构特征不但与叶片的生理功能密切相关,而且反映树木对环境变化的响应和适应。叶片结构的改变势必会改变树木的生理功能。同一树种长期生长在异质环境条件下,经过自然选择和适应,会在形态和生理特性等方面产生变异,形成特定的地理种群。另外,母体所经受的环境胁迫也会影响到其子代的生长、发育和生理等特征。因此,了解植物叶片形态结构对环境变化的响应与适应是探索植物对环境变化的响应适应机制的基础。兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)是我国北方森林的优势树种,主要分布在我国东北地区,但日益加剧的气候变化可能会改变其现有的分布区。为了区分叶片对气候变化的可塑性和适应性,本研究采用同质园法比较测定了6个不同气候条件下的兴安落叶松种源的32年生树木的针叶解剖结构和光合生理相关因子,利用石蜡切片方法分析了针叶的解剖结构特征、光合能力（Pmax-a）、水分利用效率（WUE）之间的关系及其对气候变化的适应性。结果表明：表皮细胞厚度、叶肉细胞厚度、传输组织厚度、维管束厚度、内皮层厚度以及叶片总厚度均存在显著的种源间差异（P < 0.05）。叶肉细胞厚度与Pmax-a、气孔导度和WUE之间均存在显著的正相关关系（P < 0.05）。叶肉细胞厚度、表皮细胞厚度、叶片总厚度以及叶肉细胞厚度和表皮细胞厚度在叶片总厚度中所占比例均与种源地的干燥度指数（即年蒸发量与年降水量之比）呈正线性关系。这些结果说明：不同种源兴安落叶松针叶解剖结构因对种源原地气候条件的长期适应而产生显著的差异,从而引起其针叶光合作用、水分利用等生理功能发生相应的变化,从而有利于该树种在气候变化的情景下得以生存和繁衍。     

碱蓬属植物耐盐机理研究进展

碱蓬属(Suaeda)植物是一类典型的真盐生植物,属于重要的盐生植物资源,全球广泛分布.人们已经对20种碱蓬属植物进行了观察和盐胁迫实验,研究了不同器官或组织的生理生化特征及其对盐胁迫的反应,并基于这些研究分析了盐胁迫的应答机制.叶片肉质化、细胞内离子区域化、渗透调节物质增加和抗氧化系统能力增强是碱蓬属植物响应和适应盐胁迫的重要方式和途径.但迄今为止的研究工作尚有一定的局限性,主要包括:研究工作主要集中在植物地上部分,而对植物地下部分的研究较少;多是少数生物学指标或生理学现象的单独观察,而缺乏对生理代谢过程的整体和综合分析;针对某种碱蓬的独立分析较多,而与近缘种的比较研究较少;植物对中性盐胁迫的反应研究较多,而对碱性盐的研究较少.为进一步系统阐明碱蓬属植物的耐盐机制,今后的工作应注重碱蓬属植物响应和适应盐胁迫的信号网络和调控机制研究,基于系统生物学研究思路,采用现代组学技术探索该属植物响应盐胁迫的由复杂信号网络调控的特殊生理特征和特异代谢途径.     

Alg-g-PEI/pVEGF复合物体内促血管生成作用

研究氧化海藻酸——低分子量聚乙烯亚胺两性刷型共聚物 (Algin-a-te-graft-PEI, Alg-g-PEI) 与血管内皮生长因子质粒 (pVEGF) 复合后对体内血管生成的影响。采用细胞和斑马鱼实验检测了Alg-g-PEI/pVEGF复合物的毒性;通过凝胶电泳实验评价了Alg-g-PEI对DNA的保护作用;利用鸡胚绒毛尿囊膜 (CAM) 和斑马鱼模型,选用PEI 25K/pVEGF作为阳性对照、生理盐水为空白对照,观察复合物对血管新生的促进作用。结果发现：Alg-g-PEI对质粒有较好的保护作用;Alg-g-PEI/pVEGF复合物具有较低的细胞、斑马鱼毒性,能显著促进CAM和斑马鱼的血管生成,且具有剂量依赖性,当pVEGF用量等于2.4 μg/CAM时,复合物对CAM血管生成的促进作用最明显,血管面积和CAM面积比 (VA/CAM) 为44.04％,高于阳性对照组 (35.90％) 和空白对照组 (24.03％) (**P＜0.01)。复合物对斑马鱼血管新生的促进作用随氮磷比 (N/P) 的增加而增强,其中N/P=110时,血管新生最明显：肠下血管总长度和面积分别为1.11 mm和1.70×103像素,高于空白对照组 (0.69 mm和0.95×103像素) (**P＜0.01) 和阳性对照组 (0.82 mm和1.11×103像素) (**P＜0.01) 。综上所述,Alg-g-PEI/pVEGF能于体内促进血管生成,该载体有望用于临床缺血性疾病的治疗。