秋季牧草根系中营养含量和酶活性变化和及其抗寒性研究

 本文研究了秋季高寒山区垂穗披碱草(Clinelymus nutans)根系中碳水化合物、蛋白质含量和过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性变化及与牧草抗寒性的关系。结果表明,秋季随着气温的下降,牧草根系中碳水化合物和可溶性蛋白质含量增加,CAT和SOD活性增强。其中火烧地的全期平均碳水化合物、可溶性蛋白质含量和CAT、SOD活性明显高于未火烧地,总增幅度也较大。秋季牧草根系中碳水化合物和可溶性蛋白质含量增加是多年生牧草贮藏能量物质安全越冬和翌年再生芽萌动的能量需要,而CAT和SOD活性的增强可阻止低温下细胞中氧自由基的积累,使植物生物膜系统免受伤害,是决定植物抗寒性的另一重要因子。火烧地牧草春季萌动早,长势强,产量高,秋季其根系中碳水化合物和可溶性蛋白质含量高及CAT和SOD活性强是重要原因。     

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…

本文研究了高寒草地３种立地条件下垂穗披碱草在春季萌动过程中根系碳水化合物和保护酶活性的变化。     

高寒山区草本植物的保护酶系统及其在低温生长中的作用

研究了高寒山区几种草本植物在低温生长过程中植物叶中抗氧化酶、抗氧化物和膜脂过氧化产物的变化及其作用。结果表明,耐寒性差、生长期短的一年生植物微孔草MDA含量较低,保护酶活力也较低。耐寒性强、生长期长的苜蓿、垂穗披碱草、草地早熟禾、无芒雀4种多年生植物MDA含量较高,保护酶活力和抗氧化物含量也较高。其生长季平均MDA含量分别比微孔草高2．27倍、1．64倍、2．07倍和1．55倍,超氧化物歧化酶（SOD）活力分别比微孔草高16．7％、27．1％、46．2％和11．5％;地氧化氢酶（CAT）分别高51．5％、123．0％、25．3％和9．4％,类胡萝卜麦含量分别高126．5％、142．7％、138．4％和394．4％。当气温低于0℃后,微孔草死亡,完成生活史,以种子越冬,在生理上无明显抗冻特征。而此时多年生植物SOD活力趋于增强,仍能一定生长,至－5℃～10℃低温时地上部才枯死,其细胞具有较强的耐膜脂过氧化能力和抗氧化酶系统,对环境的快速反应可能是其在高寒山区低温生长的重要生理机理。     

温度对大豆(Glycine max)种子发育过程中蛋白质、脂肪和淀粉积累过程的影响

目前人们仍不清楚温度是如何影响发育中的大豆（Glycine max L．）种子蛋白质和脂肪积累过程以及基因型不同的大豆是否对温度具有相同的反应。研究拟通过对3个基因型大豆在不同温度处理下,种子发育过程中的蛋白质和脂肪的积累模式研究,以了解温度对种子组分的调节机理。3个基因型大豆品种（Evans,PI132．217,和Proto）种子盆栽在温度为27／20％（中温）的生长箱中生长到开花。在开花后第10天,将其中的一个生长箱的温度调节到35／27℃（高温）;另一个调到20／12℃（低温）。生长在高温和中温条件下的大豆,在开花的第21天开始收集豆荚,每3d取1次样。生长在低温条件下的大豆,在开花的第25天开始收集豆荚,每5d取1次样。结果表明,3个基因型大豆种子均在高温下生长快,成熟早,在中温下生长速率最大,低温下生长速率低但种子生长期延长。当种子获得60％-70％总干重时种子脂肪含量达到最大（中温）,高温使其提前出现,低温则被推后。在低温下,种子中蛋白质和脂肪两者积累模式相同,但蛋白质积累速率低。在高温和中温条件下,种子蛋白质和脂肪的积累模式不同。在种子获得60％～70％的总干重之前,蛋白质和脂肪积累模式相同,但在种子获得60％～70％的总干重之后,蛋白质积累呈上升趋势,而脂肪积累停止或下降。同时在种子发育的晚期伴随着蛋白质含量增加,淀粉和蔗糖含量快速下降。虽然3个基因型大豆种子的蛋白质和脂肪积累模式均明显受温度影响,但在不同温度条件下和不同生长阶段中高蛋白质品种Proto和PI132．217（蛋白质稳定型）蛋白质含量总是高于低蛋白质品种Evans,而且两者差异显著。这一研究表明温度不能改变品种在蛋白质和脂肪合成上的遗传特性。遗传育种在提高大豆种子蛋白质含量上仍起决定作用,但是合理的播种时期在提高大豆种子蛋白质和脂肪含量上也是不可忽视的问题。     

沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳氮储量的影响

通过野外调查,研究了沙漠化对科尔沁沙质草地生态系统碳、氮储量的影响.结果表明:沙漠化对草地碳、氮含量和储量具有显著影响,随着草地沙漠化的进程,草地碳、氮含量和储量明显下降.与非沙漠化草地相比,轻度、中度、重度和严重沙漠化草地0～100cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降了56.06%和48.72%、78.43%和74.36%、88.95%和84.62%、91.64%和84.62%,植物组分中的碳、氮含量分别下降了8.61%和6.43%、0.05%和25.71%、2.58%和27.14%、8.61%和27.86%;轻度、中度、重度和严重沙漠化草地地上植物组分中的碳、氮储量分别下降了25.08%和27.62%、30.90%和46.55%、73.84%和80.62%、90.89%和87.31%,0～100cm深地下植物组分中碳和全氮储量分别下降了50.95%和43.38%、75.19%和71.04%、86.76%和81.48%、91.17%和83.17%.2000年科尔沁沙地沙漠化草地总面积为30152.7km2,因沙漠化损失的碳、氮总储量高达107.53和9.97Mt.草地碳、氮含量的下降主要源于风蚀过程中土壤细颗粒的损失.土壤的粗化和贫瘠化最终导致了植物和凋落物中碳、氮储量的明显下降.     

植被覆盖对科尔沁沙地土壤生物结皮及其下层土壤理化特性的影响

为了解不同植被覆盖对沙地土壤生物结皮及其下层土壤的影响,于2006年调查了科尔沁沙地冷蒿、小红柳、杨树和樟子松等植被封育区土壤生物结皮及结皮下0～5 cm土壤的理化特性.结果表明：经过15年的封育保护和植被建设,科尔沁沙地天然植被和人工植被下流动沙地大部分被生物结皮所覆盖,其结皮覆盖度可达60%～80%,厚度1～2 cm;在调查的几种植被中,小红柳植被区的土壤结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量最高,其次是樟子松林地,杨树林地和冷蒿植被区相对较差;几种植被区的苔藓结皮的结皮厚度、硬度、粘粉粒、有机质和养分含量均优于地衣结皮;与流动沙地相比,结皮下0～5 cm土壤的理化特性有明显改善,改善程度苔藓结皮强于地衣结皮,小红柳和樟子松植被区强于杨树林地和冷蒿群丛;土壤结皮及结皮下表土理化特性的变化既受植被覆盖类型的影响,也受制于土壤结皮的发育.由于枝叶繁茂的中、高植被有利于降风滞尘和产生较多的凋落物,因而更能促进沙地结皮发育和土壤改良,而苔藓结皮较地衣结皮更有利于其下层土壤理化特性的改善.     

沙漠地区盐水灌溉对牧草产量及品质的影响

在以色列南部内盖夫沙漠农业实验站 ,采用较为先进的双管重叠水喷灌系统 ,研究了不同浓度盐水灌溉下狗牙根 (CynodondactylonL .) 6个品种的 (Suwannee、Coastcross、Tifton4 4、Tifton6 8、Tifton78、Tifton85 )牧草产量、粗蛋白、灰分、纤维素含量的变化 ,同时 ,采用较为先进的瘤胃胃液消化法分析了不同盐水灌溉的牧草干草在山羊体内的消化率 .结果表明 ,在Eci小于 10ds·m-1条件下 ,6个狗牙根品种维持较高产草量 ,尤其是Eci=4 .4ds·m-1,Coastcross、Suwannee、Tifton4 4、Tifton6 8、Tifton78和Tifton85的产量分别较淡水 (Eci=1.2 )灌溉的产量增加了 14 1%、6 1.1%、136 %、12 1.2 %、2 0 2 .3%和 10 9.7% ,干物质产量也随灌溉水盐浓度增加而提高 ,而牧草纤维素含量无明显增加 .饲养及消化实验表明 ,盐水灌溉的干草更为山羊喜食 ,干草消化率也随灌溉水盐浓度增加而增加 ,表明适当浓度的盐水灌溉不仅不会引起牧草产量下降 ,而且可提高牧草品质和喜食性 ,在农业和牧业上具有重要应用前景     

风沙流持续吹袭对樟子松幼树光合蒸腾作用的影响

为了解风沙流持续吹袭对樟子松幼树光合蒸腾特征影响,2013年春季在内蒙古科尔沁沙地研究了0(CK)、6、9、12、15、18m/s等6个梯度风速处理30min持续风沙流吹袭下樟子松幼树光合蒸腾速率和水分利用效率等指标的变化规律。结果表明:随着风沙流吹袭强度的增加,光合速率、气孔导度和水分利用效率的日变化规律发生了明显改变,而蒸腾速率和胞间CO2浓度日变化曲线没有显著变化。和CK相比,6m/s和12m/s风沙流吹袭下其日均光合速率分别提高13.8%和38.9%,18m/s风沙流吹袭下则下降18.9%;6m/s和15m/s风沙流吹袭下其日均蒸腾速率分别提高16.9%和53.0%,18m/s风沙流吹袭下其日均蒸腾速率降低18.54%。和CK相比,其日均胞间CO2浓度在6—12m/s风沙流吹袭下没有显著变化,15m/s和18m/s风沙流吹袭下则分别提高16.2%和3.3%。6m/s和15m/s风沙流吹袭使其日均气孔导度较CK分别增加26.6%和45.2%,18m/s风沙流吹袭则使其降低13.7%。6、9、12、18m/s风沙流吹袭使其日均水分利用效率分别较CK增加7.3%、1.9%、18.2%和3.1%,而15m/s风沙流吹袭下其水分利用效率下降13.5%。     

不同沙地共有种沙生植物对环境的生理适应机理

选择3个温带沙地(松嫩沙地、呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地)4个共有种沙生植物(黄柳(Salix gordejevii)、差巴嘎蒿(Artimisia halodendron)、扁蓿豆(Melissitus ruthenica),猪毛菜(Salsola collina),通过自然状况下其叶片抗氧化酶活力和渗透调节物及丙二醛(MDA)含量日变化分析,探讨抗氧化酶活力和渗透调节物在沙生植物适应沙漠环境强光辐射和温度日变化中的作用,以及不同科属沙生植物抗逆生理调控机理的差异。结果表明:(1)不同沙地的4个共有沙生植物种可通过自身快速生理代谢调解,积累渗透调节物、提高抗氧化酶活力应对沙漠环境强光辐射和温度日变化,但生理调控幅度较小。(2)3个沙地不同科属的4个共有种在渗透调节物含量和抗氧化酶活力及种类上存在差异。扁蓿豆叶片日均MDA含量、POD(peroxidase)活力、CAT(catalase)活力、脯氨酸含量均最高,分别较其它3个种平均高2、10、2和2.5倍。黄柳叶片日均MDA含量较高,SOD(superoxide dismutase)活力和可溶性糖含量最高,分别较其它3个种高1.2和3倍。差巴嘎蒿和猪毛菜叶内MDA含量较低,POD、CAT、SOD活力和脯氨酸、可溶性糖含量均最低。沙生植物细胞中膜脂过氧化程度和抗氧化酶活力及渗透调节物含量呈正相关。自然状况下3个沙地的扁蓿豆和黄柳通过生理代谢调节维持细胞水分和氧自由基代谢平衡适应沙漠环境,差巴嘎蒿和猪毛菜依靠特殊的叶片形态结构变异减少光辐射吸收、降低水分蒸腾、维持叶片水分平衡、降低细胞膜脂过氧化。因此不同科属沙生植物维持叶片水分和氧自由基代谢平衡可能是其适应沙漠环境生存的重要生理调控机理。由于不同科属沙生植物种对沙漠环境适应的生理调节机理的不同,在未来农作物、林木抗逆育种中,根据具体科属植物选择合适的沙生植物作为亲本对提高抗逆育种效率是十分重要的。     

海岸不同生态断带植物根叶抗逆生理变化与其Na+含量的关系

以烟台海岸生态断带滨麦(Leymus mollis)和肾叶打碗花(Calystegia soldanella)为材料,在远离高潮线不同位置上取土样和植物材料,通过测定土壤Na+和两植物根叶Na+含量、丙二醛(MDA)含量、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性和渗透调节物含量,以揭示滨麦和肾叶打碗花根叶中Na+在其适应海岸盐环境中的生理调控机制。结果表明,在高潮线土壤Na+含量最高,滨麦根叶Na+含量较高,两植物根叶中MDA和水分含量、抗氧化酶活力均较低,但渗透调节物含量均较高。随远离高潮线土壤Na+含量下降,滨麦根叶Na+含量下降,而肾叶打碗花根中Na+含量上升,其根叶Na+含量较滨麦分别高637%和319%。同时两植物根叶MDA含量、叶片含水量增加;两植物根中POD和SOD活力增加;两植物根叶可溶性糖和脯氨酸含量下降。但不同生态断带滨麦叶片平均含水量相对较低,MDA含量、POD和CAT和SOD活力、脯氨酸和可溶性糖含量相对较高。在盐土环境中滨麦通过降低Na+的吸收和提高抗氧化酶活力和有机渗透调节物含量维持氧自由基代谢平衡和水分平衡。而肾叶打碗花是泌盐植物,在不同生态断带其叶片Na+含量、平均含水量相对较高,叶MDA含量、POD和CAT活力、脯氨酸和可溶性糖含量均相对较低。泌盐植物的肾叶打碗花依赖根叶中积累的Na+作为无机渗透调节剂维护其离子平衡和水分平衡及正常生长。因此,积累在根叶中的Na+离子既作为无机渗透调节剂维护细胞离子平衡和水分平衡,又引发细胞生理干旱促进有机渗透调节物合成;另外还作为氧自由基诱发剂促使活性氧自由基(ROS)积累,通过积累的ROS激活抗氧化保护酶系统抑制膜脂过氧化、维护氧自由基代谢平衡。海岸沙地土壤中高浓度Na+是海滨滨麦和肾叶打碗花能长期在盐土环境中生存的依靠元素,其对植物的生理调控作用可能是滨麦和肾叶打碗花适应盐土生存的重要生理适应机理。