高寒山区牧草根中丙二醛、渗透调节物、多胺季节动态与抗冻力关系研究

温带地区的高山多年生草本植物可在－３０℃组织结冰状况下生存,然而人们并不了解其抗冻的生理机理。本研究目的拟通过测定自然生境下生长的４种高寒山区禾本科牧草（无芒雀麦（Ｂｒｏｍｕｓ ｉｎｅｒｍｉｓ Ｌｅｙｓｓ．）、花雀麦（Ｂｒｏｍｕｓ　 ｓｉｎｅｎｓｉｓ　 Ｋｅｎｇ．）、垂穗披碱草（Ｅｌｙｍｕｓ ｎｕｔａｎｓ Ｇｒｉｓｅｂ．）、草地早熟禾（Ｐｏａ ｓｐｈｙｏｎｄｙｌｏｄｅｓ　 Ｔｒｉｎ．）根中渗透调节物、膜脂过氧化产物、多胺含量季节变化,以了解他们与牧草抗冻的关系。结果表明,在晚秋（９月１～１５日）牧草根中ＭＤＡ含量增高,尔后下降,冬季保持恒定。总碳水化合物（ＴＮＣ）,可溶性糖、脯氨酸、可溶性蛋白质含量随晚秋气温下降而增加,在１１月达到最高,尔后下降,且持续到翌年春季。随晚秋气温下降从９月到１１月根中多胺含量迅速增加,４种牧草平均增加１８０％,其中亚精胺（Ｓｐｄ）占多胺含量的５３％。在１１月牧草根中多胺几乎完全消失。上述物质在晚秋入冬增加正好与牧草抗冻锻炼时间相吻合,因而是植物抗冻适应的重要生理响应和植物越冬的低温保护物质。他们在降低细胞冰点、防止细胞结冰引起的膜机械伤害,抑制膜脂过氧化保护膜稳定性方面具有重要作用。     

春季高寒草地牧草根中营养物质含量和保护酶活性的变化及其生态适应性研究

本文研究了高寒草地３种立地条件下垂穗披碱草（Ｃｌｉｎｅｌｙｍｕｓｎｕｔａｎｓ）在春季萌动过程中根系碳水化合物和保护酶活性的变化,结果表明：（１）入冬时根系中碳水化合物贮量高、保护酶活性强的牧草春季萌动早、生长快、抗寒性较强。（２）当春季气温波动式回升时,牧草根系中可溶性糖含量、ＳＯＤ（超氧化物歧化酶）和ＰＯＤ（过氧化物酶）活性随气温上升而下降,随气温下降而上升。其中火烧地牧草根中ＳＯＤ和ＰＯＤ酶活性一直保持较高水平,并对温度变化反应敏感,而抗寒性也较强。因此春季高寒山区牧草根内的代谢改组（增加可溶性糖）和酶系统的调节（增加ＳＯＤ、ＰＯＤ活性）是其对生态环境适应的重要生理反应。     

冬季融冻过程中白三叶叶片抗氧化酶活力和渗透调节物含量变化与抗冻性的关系

入冬气温大幅变化引起的冻融既是抗冻植物抗冻力形成的重要阶段也是非抗冻植物大量死亡的主要原因,但是抗冻植物为何能在冬季融冻条件下生存的生理机理尚不清楚。以生长在烟台地区抗冻白三叶(Trifolium repens)为材料,分析研究了不同微生态环境下生长的白三叶在冬季融冻过程中叶片抗氧化物酶活性、渗透调节物含量、丙二醛和细胞膜透性的变化,以了解它们在白三叶抗冻中的作用。结果表明:在气温突然下降至零度以下(融-冻阶段),三样地白三叶叶片冻结,叶片细胞膜透性在经历短暂下降后迅速急剧增加2倍,MDA含量增加85%,叶片中脯氨酸和蛋白质含量、抗氧化酶(过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD))活力增加。在气温上升至日均温零度以上(冻-融阶段), 叶片开始融化,白三叶叶片膜透性、丙二醛和脯氨酸含量、POD和CAT活力先增加后降低,SOD活力和蛋白质含量持续增加。由此可见,快速增强的抗氧化物酶活力和快速增加的渗透调节物及时清除氧自由基防止细胞内膜脂过氧化保护了细胞膜的完整性而使细胞能在冷冻条件下生存,这可能是白三叶能在反复融冻过程中正常生长的重要生理机理。     

芦苇耐脱水能力的生理生态学分析

甘肃省河西走廊分布有不同生态环境的芦苇,包括沼泽芦苇、盐化草甸芦苇和沙丘芦苇。盐化草甸芦苇和沙丘芦苇表观出很强的耐脱水能力。 测定与植物耐脱水能力相关的SOD、CAT和POD活力,表现为SOD活力以沙丘芦苇最高,盐化草甸芦苇次之,沼泽芦苇最低,但CAT和POD则以沼泽芦苇高于其它生境芦苇。用聚丙烯酰胺垂直板电泳方法分析这3种酶同工酶谱,结果表明,3种不同生境芦苇的SOD同工酶谱基本相同,均有9条酶带,但沙丘芦苇和盐化草甸芦苇的CAT和POD同工酶带数比沼泽芦苇分别增多3条和2条。这些结果证明,芦苇在自然选择压力下形成的耐脱水能力与基因调控的酶多型性相关。     

海岸抗风植物黑松对净风和风沙流的生理响应

利用野外便携式风洞仪对盆栽黑松（Pinus thunbergii Parl）幼株在不同风速（6、9、12、15、18 m/s）、不同风沙流强度（0、1.00、28.30、63.28、111.82、172.93 g cm^-1 min^-1）、不同时间（10、20、30、40、50 min）进行了净风和风沙流吹袭,通过测定其叶片相对含水量（Relative water content,RWC）、丙二醛（Malondialdehyde,MDA）、可溶性糖、脯氨酸含量,及超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）、过氧化氢酶（Catalase,CAT）、过氧化物酶（Peroxidase,POD）活力等变化规律以揭示黑松抗风沙流生长的生理适应机制。结果表明,在净风吹袭下,随着风速提高至15 m/s,黑松叶片RWC相对稳定,MDA含量和细胞膜透性小幅增加且较低,而脯氨酸含量下降17.5%。同时叶片SOD、CAT、POD活力也小幅增加。在风沙流吹袭下,随着风沙流风速提高至15 m/s,黑松在短时低风速吹袭时叶片RWC就开始下降（4.4%）,叶片平均MDA含量、细胞膜透性分别较对照增加61.3%、25.6%,脯氨酸含量增加8.9%,叶片SOD、CAT、POD活力分别较对照增加21.5%、30.4%、13.9%。同风速吹袭下,风沙流处理组叶片抗逆生理指标均高于净风处理。如15 m/s风速下,风沙流处理组叶片平均MDA、脯氨酸、可溶性糖含量分别较净风处理组高4.7%、36.6%、22.1%,SOD和CAT活力较净风处理组高21.5%、36.5%。在高风速（18 m/s）净风和风沙流吹袭中,随着风吹时间延长（50 min）,叶片MDA、脯氨酸、可溶性糖含量和SOD、CAT、POD活力均下降。研究表明,风吹袭中黑松叶片较高抗脱水力与其抗风性相关。风沙流引发的叶片失水可能是黑松抗逆生理变化的诱因。风吹袭下叶片失水能快速促使脯氨酸的积累和维持可溶性糖含量,以维护细胞中水分平衡。同时,叶片失水又快速激活抗氧化保护酶系统来防御和清除氧自由基、抑制膜脂过氧化维护细胞膜的完整性使黑松在风沙流吹袭中生存。黑松较强的渗透调节能力和抗氧化防御系统在其适应风沙流吹袭中起重要的生理调控作用。     

白三叶和红三叶对人工融冻胁迫的生理响应差异

采用人工模拟融冻胁迫方法,通过测定白三叶(Trifolium repens)和红三叶(T.prat-ense)在融冻胁迫中叶片细胞膜透性、MDA含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活力、渗透调节物(脯氨酸、可溶性糖和蛋白质)含量变化,以揭示未来气候变化对三叶草的影响。结果表明,经历融冻胁迫循环后抗冻力强的白三叶植株能恢复生长,而抗冻力弱的红三叶枯萎死亡。在融冻阶段,两三叶草叶片细胞膜透性增大、抗氧化酶活力增高、MDA和渗透调节物含量大幅增加;在冻融阶段,两三叶草叶片细胞膜透性降低、MDA含量下降、抗氧化酶活力降低。但在融冻胁迫循环中,白三叶叶片POD和CAT活力高于红三叶,脯氨酸含量较红三叶高5倍,但细胞膜透性低于红三叶。白三叶在-5℃抗逆生理指标达到最大值,而红三叶在-10℃。白三叶对环境温度变化反应敏感,在-5℃通过快速激活抗氧化酶系统和积累渗透调节物以抑制膜脂过氧化和维护细胞水分平衡在融冻适应上起重要作用。白三叶具有较强的抗融冻能力,是未来值得应用推广的优良园林绿化植物。     

科尔沁沙地灌丛的“虫岛”效应及其形成机理

为了了解沙地灌丛对于土壤动物是否存在聚集作用,于2008-2009年在科尔沁沙地调查了流动沙地小叶锦鸡儿和黄柳灌丛内外大型土壤动物的群落特征.结果表明:流动沙地灌丛内大型土壤动物类群数量、密度和Shannon多样性指数较灌丛外流沙地分别高125.0％ ～ 175.0％、52.8％ ～263.9％和34.6％ ～57.1％,显现出明显的“虫岛”效应,其中小叶锦鸡儿灌丛的“虫岛”效应大于黄柳灌丛;灌丛内外土壤优势动物类群虽然相同,并有少量共有类群,但灌丛下聚集了多个流沙裸地没有的大型土壤动物类群,群落功能群结构也发生明显改变;流动沙地灌丛的“虫岛”效应主要源于灌丛的小气候效应和肥岛效应,其降风滞尘、遮蔽暴晒、改善土壤质地和养分条件的作用是导致流动沙地灌丛“虫岛”效应形成的主要机理.     

海岸黑松和紫穗槐对间歇强净风和风沙流吹袭的生理响应机制

以海岸防风固沙优势树种紫穗槐(Amorpha fruticosa Linn)和黑松(Pinus thunbergii Parl)为研究对象,利用野外便携式沙风洞用间歇风吹模拟自然阵风,通过分析间歇强净风(18m/s)和强风沙流(172.93g cm^-1 min^-1)吹袭过程中和风后恢复中,两树种叶片膜脂过氧化产物含量、抗氧化酶活力、渗透调节物含量的变化,以探讨其对自然阵风吹袭响应机制及自愈修复生理机制。结果表明,自然状况下,紫穗槐和黑松叶片相对含水量(RWC)相近,但抗氧化酶活力及种类和渗透调节物含量及种类上存在差异。紫穗槐叶片丙二醛含量(MDA)、脯氨酸含量及过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活力分别较黑松高93.3%、78.6%、118.8%、6.5倍。而黑松可溶糖含量和超氧化物歧化酶(SOD)活力较紫穗槐高111.5%和28.2%。在间歇净风和风沙流处理中,随着风吹袭次数增多,黑松叶片RWC趋于小幅降低,可溶性糖含量及POD、SOD、CAT活力呈小幅波动式变化;紫穗槐叶片RWC大幅下降,伴随着脯氨酸含量,POD、CAT、SOD活...     

玉米幼苗对风沙流强度变化的生理响应

在我国东北西部半干旱风沙区,春季玉米幼苗经常受到大风和风沙流危害.为了解风沙流危害下玉米幼苗的逆境生理特征,2013年在内蒙古东部科尔沁沙地研究了0(CK)、6、9、12、15和18 m·s-1等6个风速(风沙流强度分别为0、1.00、28.30、63.28、111.82和172.93g·cm-1·min-1)10 min吹袭下幼苗丙二醛含量、膜透性、保护酶活性和渗透调节物质含量的变化.结果表明:6~12 m·s-1的风沙流吹袭对玉米幼苗叶片含水量影响较小,而15和18m·s-1的风沙流吹袭导致其叶片相对含水量分别下降19.0%和18.7%.随着风沙流吹袭强度的增大,其丙二醛含量趋于下降,15和18 m·s-1处理分别较CK下降35.0%和39.0%;而膜透性大幅度增加,15和18 m·s-1处理分别较CK增加191.3%和187.8%;SOD活性降低,CAT反应不敏感,POD活性显著增强.对于风沙流造成的轻度水分胁迫,其可溶性糖和脯氨酸均未发挥渗透调节作用,但在15和18 m·s-1强风沙流吹袭下其脯氨酸含量分别增加11.4%和24.5%,起到了渗透调节作用.     

冬春季海岸滨麦碳水化合物变化差异性与其环境异质性的关系

以烟台海岸不同生态断带自然生长的滨麦(Leymus mollis(Trin.)Hara)为试验材料,通过在晚秋气温降低和冬季冷冻和春季气温回升过程中滨麦叶片和地下各器官可溶性糖、淀粉和纤维素含量的测定以探讨不同生态断带滨麦在其含量上的差异与环境异质性关系及在滨麦抗盐抗风中作用。结果表明,处在近高潮线(10m)高盐、高水分、强风和低温环境的滨麦根茎和芽粗壮、地上枝叶低矮,春季返青晚;随远离高潮线(50m)土壤盐浓度和海风风速降低,温度增高,滨麦根茎变细,地上枝叶细长,春季返青早,其不同生态断带滨麦形态可塑性与环境异质性相关。随晚秋气温下降不同生态断带滨麦地上部非结构碳水化合物向地下转移,地下繁殖器官根茎和芽成为了非结构性碳水化合物的"库"。在茎和根中可溶性糖向顶芽转移同时淀粉下降,纤维素含量增加。但近高潮线10m处的滨麦,冬季地上非结构性碳水化合物向地下转移较早,芽中储存了较多的非结构碳水化合物,春季返青晚但叶中积累较多的纤维素与其抗冻和抗风相关;而生活在远离高潮线50m处的滨麦晚秋生活期略有加长,冬季转移到地下部的非结构碳水化合物较少,储存量较低,返青较早,其叶片和地下部非结构碳水化合物含量较高与其环境低盐、弱海风及其快速生长相关。因此,不同生态断带滨麦在入冬和春季地上和地下碳水化合物转移和转化上的差异在其适应异质环境、产生形态可塑性、形成多抗逆性中起重要作用。