冬季高温对白三叶越冬和适应春季"倒春寒"的影响

暖冬和春季"倒春寒"已严重影响着多年生植物生长发育。选择建植3a的白三叶(Trifolium repens Linn)为试验材料,在入冬采用搭建塑料大棚模拟暖冬方法,通过在建棚前、建棚后、冬季融冻胁迫、春季揭棚后和"倒春寒"过程中测定棚外和棚内白三叶植株高度和叶片抗逆生理指标的变化以揭示未来暖冬对白三叶生存和生态园林持续发展的影响。结果表明,冬季棚外气温均温低于0℃,白三叶叶片经历了冻融胁迫,棚内温度高于0℃,叶片始终未结冻。搭棚前,棚内外试验地白三叶生长势无差异。搭棚后100d棚内白三叶株高是棚外的3倍,但揭棚后3个月棚内外白三叶株高一致。另外,冬季虽然棚内外白三叶叶片细胞膜透性、丙二醛(MDA)、脯氨酸、可溶性糖含量和抗氧化酶活力(SOD、CAT、POD)均随气温下降而增高与气温变化呈负相关,但棚外白三叶叶片上述生理指标均高于棚内。在春季揭棚后2d,冬季棚内生长的白三叶不仅叶片细胞膜透性和MDA含量急剧增加并高于揭棚前和棚外白三叶,而且叶片SOD和CAT活性和可溶性糖和脯氨酸含量急剧增加也明显高于棚外白三叶。在春季"倒春寒"时,冬季棚内外不同温度下生长的白三叶叶片细胞膜透性快速升高、脯氨酸和可溶性糖含量、POD和SOD活性均上升,两处理间无显著差异。研究表明,冬季零度以上低温可延缓冬季白三叶绿叶期和单个叶片的寿命,可使白三叶安全渡过春季"倒春寒",未来暖冬不会降低白三叶抗融冻能力和其返青生长势。而这与白三叶能快速应对环境温度变化,通过调整生理代谢使叶片中快速积累渗透调节物和激活抗氧化酶防止氧自由基积累抑制膜脂过氧化,保护细胞膜的完整性有直接关系。     

春季高寒山区牧草低温保护物质变化与其脱冻适应间关系研究

为了了解牧草低温保护物质与其抗冷冻的关系,在高寒山区测定了几种多年生牧草根中低温保护物质的含量和几种蔗糖酶活力的变化。结果表明,在4月土壤解冻期间,无芒雀麦、花雀麦、垂穗披碱草和草地早熟禾根中的蔗糖含量分别下降了74．1％、66．2％、45．2％和69．6％,果糖含量分别下降了72．0％、38．0％、68．3％和84．6％,葡萄糖含量分别下降了66．7％、62．5％、42．2％和65．2％,脯氨酸含量分别下降了83．0％、51．0％、43．3％和70．6％,可溶性蛋白质变化不大;蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性下降,蔗糖分解酶活性增加,蔗糖分解酶活性是蔗糖合成酶活性的22～35倍,是蔗糖磷酸合成酶活性的55～80倍。研究结果说明,春季牧草萌发时,根中已糖含量的下降是蔗糖分解酶活性增加的结果,根中脯氨酸作为氮的贮藏物质被用于根的呼吸和蛋白质合成。春季牧草根的抗寒能力随着根中低温保护物质的减少而下降,这也说明牧草的低温保护物质和牧草的抗寒性密切相关。     

海滨沙滩单叶蔓荆对沙埋的生理响应特征

海滨沙滩单叶蔓荆(Vitex trifolia L.var.simplicifolia)是优良的抗沙埋地被植物.以烟台海岸沙地单叶蔓荆为材料,通过不同厚度沙埋过程中沙上和沙下叶片抗逆生理指标的测定以揭示其抗沙埋生理调控机制.结果表明,轻度和中度沙埋5d,成株和幼株整株叶片细胞膜透性增大、POD和SOD活力增高、MDA和脯氨酸含量和叶片相对含水量(RWC)增加、可溶性糖含量下降.但同株沙上叶片细胞膜透性、MDA含量、SOD和POD活力和可溶性糖含量均高于沙下,而沙上叶片脯氨酸含量低于沙下叶片.在轻度和中度沙埋lOd,沙上叶片细胞膜透性、MDA和可溶性糖含量、叶片POD活力降低,叶片SOD活力仍有小幅度增高,但脯氨酸含量增加,沙上叶片生长旺盛.研究表明,沙埋下叶片抗氧化酶活力和脯氨酸含量与细胞膜透性和膜脂过氧化成正相关.沙埋使植株上部叶片接近沙表面而经受干旱和地面热辐射胁迫引起细胞膜脂过氧化加剧和细胞膜透性加大.同时沙埋也使沙下叶片遭遇黑暗和缺氧胁迫诱导细胞内膜脂过氧化,但也激活了叶片抗氧化酶保护系统和叶片脯氨酸的积累抑制细胞膜脂过氧化维护细胞膜的稳定.因此在沙埋过程中,叶片快速响应沙埋胁迫激活叶片抗氧化酶系统抑制膜脂过氧化作用维持氧自由基和抗氧化酶系统的动态平衡在单叶蔓荆适应轻度和中度沙埋,维护沙上叶片旺盛生长中起重要作用,也是重度全埋下沙下植株茎顶端能快速延伸弯曲生长最后顶出沙面再生的主要生理保护原因.     

小叶锦鸡儿幼苗对沙埋的生态适应和生理响应

以中国半干旱地区固定、半固定沙地分布最广泛的灌木种之一小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)为对象,于2010～2011年在内蒙古科尔沁沙地测定了不同深度沙埋下其幼苗的存活率、株高、渗透调节物质含量、保护酶活性和膜透性变化,探讨小叶锦鸡儿对沙埋的生理响应特征。结果显示:(1)与对照相比,当沙埋深度为小叶锦鸡儿幼苗株高的25%～75%时,存活率差异不显著;当沙埋深度为50%～75%时其存活率增加,但株高明显下降,沙埋对其生长具有抑制作用;当沙埋达到其株高100%时幼苗全部死亡。(2)不同沙埋深度对小叶锦鸡儿幼苗叶片细胞膜透性无显著影响,对沙埋深度为其株高25%时,叶片含水量增加,MDA含量下降,POD活性增强,细胞膜未受到伤害;沙埋深度为其株高50%～75%时,叶片含水量下降,MDA含量增加,但SOD和POD对细胞膜起到了协同保护作用,细胞膜也未受到损伤;沙埋深度为株高25%～75%情况下,细胞膜未受到损伤,可溶性糖和脯氨酸含量变化不明显。研究认为:小叶锦鸡儿幼苗只能耐受部分沙埋,完全沙埋则会导致其幼苗全部死亡,沙埋胁迫下可溶性糖和脯氨酸等渗透调节物质含量反应迟缓可能是其耐沙埋能力较弱的主要生理原因之一。     

沙漠化对沙地土壤呼吸的影响及其对环境变化的响应

为了了解沙漠化过程中土壤呼吸速率变化及其对环境因素变化的响应,于2005年在科尔沁沙地研究了固定、半固定和流动沙地的土壤呼吸日变化和生长季动态及其与环境变化的关系,得出以下结论:(1)3种沙地土壤呼吸日变化在春季和秋季呈单峰曲线,夏季呈多峰曲线;(2)3种沙地土壤呼吸速率从春季到秋季的季节动态均呈双峰曲线,峰值分别出现在6月下旬和8月下旬;(3)固定和半固定沙地的土壤呼吸的日变化幅度明显大于流动沙地,季节变化幅度也是固定沙地半固定沙地流动沙地;(4)随着沙漠化的发展,土壤呼吸平均速率明显下降,生长季平均土壤呼吸速率从固定沙地的2.32μmolCO2/(m·2s)降为半固定的1.65μmolCO2/(m·2s)和流动沙地的1.06μmolCO2/(m·2s);(5)3种沙地土壤呼吸速率日变化均与土壤温度呈正相关,与空气湿度呈负相关,在季节尺度上3种沙地土壤呼吸速率与土壤温度、土壤水分和大气湿度均呈正相关,但只有固定沙地的相关性达到了显著水平;(6)沙漠化过程中,虽然土壤温度、土壤有机碳含量和植物根系碳含量都是导致沙地土壤呼吸发生改变的重要因子,但制约其变化的关键因子还是土壤水分和空气湿度。     

风吹、沙埋对沙地植物幼苗生长和光合蒸腾特性的影响

为了掌握风吹、沙埋对沙地植物一些生理生态学特性的影响,2006—2007年在科尔沁沙地对优势固沙植物小叶锦鸡儿进行了风吹和沙埋试验。风吹试验设为对照(不吹风)、软风(2m.s-1)、微风(4m.s-1)、和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)5个处理;沙埋试验设为对照、轻度、中度、重度和严重沙埋5个处理,沙埋深度分别为株高的0%、33%、66%、100%和133%。结果表明:软风(2m.s-1)的持续风吹可使植物叶片蒸腾速率和净光合速率略有下降,和风(6m.s-1)和劲风(8m.s-1)的持续风吹可促进其蒸腾速率和净光合速率明显增加,而微风(4m.s-1)的持续风吹对植物蒸腾速率和光合速率影响不明显;轻度沙埋可以同时促进植物地上茎叶和地下根系的生长和生物产量的提高,中度沙埋仅可促进其根系生长和生物产量的提高,但对其高生长有一定抑制作用,重度沙埋和严重沙埋可对其生长造成严重威胁,甚至导致死亡;锦鸡儿作为沙地一种优势固沙植物能够通过生长调节和生理调节来适应一定程度的风吹和沙埋,因而对风沙环境具有较强的适应性,但重度或严重风吹、沙埋仍然会导致其严重受损,甚至死亡,因此采用锦鸡儿进行植物固沙时应注意不要将其种植在...     

小叶锦鸡儿抗沙埋生长与抗氧化酶及同工酶变化的关系

小叶锦鸡儿(Caraganas tenophylla L.)是广泛应用于流动沙丘治理的优良固沙植物。然而关于其抗沙埋生理机理目前尚不清楚。选择生长在科尔沁沙地的小叶锦儿为试验材料,依据株高对其进行不同程度沙埋(轻度、中度、重度沙埋), 并通过测定沙埋过程中植株高度、不同部位叶片丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶活力、抗氧化酶同工酶谱变化, 以揭示其抗沙埋生理适应机理和基因调控机理。结果表明:沙埋6d,植株各部位生长加快,尤其是顶部和基部生长更快。叶片MDA含量降低、整株植物叶片平均过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、过氧化物歧化酶(SOD)活力增加,但重度沙埋使抗氧化酶活力下降。沙埋12d,植株各部位生长继续加大, 沙下叶片凋落。与对照相比,沙上叶片MDA含量成倍增加,并与叶片POD、SOD和CAT活力的大幅度提高呈正相关,并与对照差异显著(P < 0.01)。同时,不同厚度沙埋6d,叶片CAT同工酶出现两新带CAT III和CATII;POD同工酶谱带(6条酶带)随沙埋厚度增加,叶片PODII区带加宽、色加深,POD I 和POD III酶带消失。但是,不同厚度沙埋下,沙上和沙下叶片CAT、SOD和POD酶谱带数和活力均相同。这表明在沙埋应激适应反应期(6d),叶片抗氧化酶活力的增强与抗氧化酶基因表达增强和基因启动有关。受到沙埋重力胁迫的成熟叶可能将胁迫信号传递给沙上没有沙埋的叶子及生长点,导致整株叶片产生整体适应性反应,激活抗氧化酶系统,以致加速生长。因此,小叶锦鸡儿萌蘖生物学特性和抗氧化酶对沙埋胁迫快速响应在维护氧自由基代谢平衡和植株快速恢复生长中起重要保护作用。     

强风沙流吹袭对樟子松幼苗生长特性及其逆境生理特征的影响

为了解樟子松幼苗对强风沙流不同时间吹袭的生理生态响应,2013年春季在内蒙古科尔沁沙地研究了8级大风下强风沙流(风速18 m·s-1,风沙流强度173 g·cm-1·min-1)吹袭10、20和30 min樟子松幼苗生长特性和一些生理指标的变化。结果表明:随着风吹时间增加,其株高生长速率下降,茎粗和冠幅生长加快,叶色发黄脱落量增加;与非风吹对照(CK)相比,30 min风吹处理的株高增长量下降52.6%,茎粗增长量、冠幅增长量和叶色发黄脱落量分别增加251.9%、256.0%和466.7%;随风吹时间增加,叶片相对含水量(RWC)和超氧化物歧化酶(SOD)活性下降,丙二醛(MDA)含量、膜透性、过氧化物酶(POD)活性、可溶性糖和脯氨酸含量趋于增加;与CK相比,30 min风吹处理的RWC下降4.1%,MDA和膜透性分别增加10.3%和9.3%,SOD活性下降1.9%,POD活性、可溶性糖和脯氨酸含量分别增加55.5%、26.4%和50.0%。结果说明,强风沙流持续吹袭造成樟子松幼苗水分胁迫,使其高生长受抑,部分叶片发黄脱落,叶片膜脂过氧化加剧,细胞膜受损,为适应强风沙流吹袭,樟子松幼苗加快了茎粗和冠幅生长,通过增加POD活性和可溶性糖、脯氨酸含量以减轻细胞膜伤害,维持细胞正常膨压。     

大豆miR-171基因家族的进化与功能分析

运用生物信息学方法在miRBase搜索大豆miR-171(gma-miR-171)基因家族的序列,分析gma-miR-171序列的进化特征并预测其靶基因。结果表明,在miRBase中共搜索到21条gma-miR-171基因家族序列。序列分析发现,gma-miR-171基因家族序列保守性较差,只有2个碱基完全保守。对gma-miR-171基因进行定位,21个成员分散在12条染色体上,其中Chr06上gma-miR-171基因最多,共4个。进化分析表明,位于同一条染色体上的gma-miR-171基因没有表现出较近的亲缘关系。靶基因预测获得14个gma-miR-171基因家族的靶基因,包括蛋白激酶、磷酸酶、输出蛋白、转录因子等,说明gma-miR-171基因家族在大豆中具有广泛的调控功能。