穿透雨减少和氮添加对毛竹叶片和细根化学计量学的影响

全球气候变化导致的干旱和人类活动引起的大气氮沉降升高,将会直接影响森林生态系统的结构与功能。叶片和细根作为植物最重要的资源获取功能器官,其化学计量学特征可指示其资源利用、生存适应策略。在当前气候变化背景下,了解植物的化学计量特征和适应特征将有助于预测未来森林生态系统功能的变化。通过为期1年的双因素交互实验,探讨了穿透雨减少和氮添加影响下,我国亚热带重要森林类型毛竹林的叶片及细根碳（C）、氮（N）、磷（P）元素化学计量比的响应特征,对于认识毛竹林生态系统对全球变化的适应和养分利用策略具有重要意义。研究表明：（1）穿透雨减少处理显著降低叶片N、P含量,显著增加细根N含量,对叶片C含量和细根C、P含量无显著影响;氮添加处理显著增加土壤N含量和叶片N含量,对叶片C、P含量及细根C、N、P含量无显著影响。（2）穿透雨减少、氮添加处理及两者交互作用对土壤C：N：P均无显著影响。（3）穿透雨减少处理显著增加叶片C：N、C：P和N：P;氮添加处理显著降低叶片C：N,对叶片C：P、N：P无显著影响;穿透雨减少、氮添加交互作用显著降低叶片C：N和C：P,对叶片N：P无显著影响。（4）穿透雨减少处理显著降低细根C：N,对细根C：P及N：P无显著影响;氮添加处理及穿透雨减少、氮添加交互作用对细根C：N：P无影响。综上短期处理的研究结果,穿透雨减少处理产生的水分胁迫对毛竹产生了关键限制作用,毛竹采取了降低叶片N和P含量、增加细根N含量,提高叶片的N和P利用效率、保持细根稳定的P利用效率的策略。氮添加未能缓解穿透雨减少对毛竹产生的干旱胁迫,毛竹通过改变地上部分叶片和地下部分细根之间的N素分配格局和N、P利用效率以应对水分胁迫。氮添加处理下叶片N含量显著增加,C：N显著降低,而细根C、N、P含量及化学计量比没有显著变化。由此可知毛竹地上部分叶片和地下部分细根对穿透雨减少、氮添加及两者交互作用表现出不同的响应策略。本研究可为全球变化背景下毛竹人工林可持续经营提供理论依据。     

绿竹BoCOBL基因的分子特征及其表达分析

COBRA相像蛋白（COBL）在植物细胞发育过程中起着重要的调控作用,为研究同类蛋白在竹子中的作用,采用RT-PCR和RACE技术,从绿竹（Bambusa oldhamii）叶片中克隆到一个COBL同源基因BoCOBL（注册号：EU247930）,cDNA全长1743 bp。序列分析表明,BoCOBL编码一个451 aa的COBL,其N端具有一个明显的跨膜螺旋结构,C端具有一个糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白信号序列,属于糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白家族,为典型的膜蛋白。构建BoCOBL::GFP融合表达载体,并在烟草悬浮细胞中表达,显微观察表明,BoCOBL::GFP融合蛋白定位于细胞膜上,而对照GFP的分布无特异性,证明BoCOBL基因编码的蛋白为膜蛋白。组织特异性表达分析表明,BoCOBL基因的表达模式为组成型,在根、茎、叶片和叶鞘中均有表达,但在茎中的表达丰度略低。这为深入研究BoCOBL基因在竹子中的功能奠定了基础。     

毛竹miR398和miR408的克隆及其表达分析

为了解毛竹(Phyllostachys edulis)中miR398和miR408的表达情况,从毛竹叶片中分离了二者的前体序列,并用实时定量PCR技术对其表达模式进行了研究。结果表明,毛竹中miR398和miR408前体序列ped-MIR398和ped-MIR408长度分别为83 bp和92 bp,二者均能形成稳定的茎环结构,其中成熟miRNA序列(ped-miR398和ped-miR408)均位于5′端臂上。ped-miR398和ped-miR408均为组成型表达,在毛竹叶中表达量最高。强光、蔗糖和GA3处理后,叶片中ped-miR398与pedmiR408的表达量均上调;CuSO_4和ABA处理后,叶片中二者的表达量均下调;黑暗、NaCl和4℃处理后,前者表达量上调,后者表达量下调。因此,ped-miR398与ped-miR408在毛竹适应逆境胁迫过程中可能发挥着不同的调控作用。     

水淹对水竹光合生理特征的影响

为探究耐淹速生竹种水竹对不同程度水淹胁迫的光合生理响应,以一年生水竹(Phyllostachys heteroclada)为试验材料,以正常浇水为对照组,测定根部全淹及根部半淹处理下水竹光合气体交换参数、光合色素及叶片资源利用效率随水淹时长产生的差异。结果表明：水淹胁迫第3天,半淹处理的水竹叶片净光合速率、光饱和点和蒸腾速率较对照均出现显著上升,而全淹胁迫下则无显著差异,其后均随胁迫时间的延长而下降,下降幅度与胁迫程度呈正相关;水淹胁迫处理第6天,水竹叶片气孔导度均显著高于对照组,后呈下降趋势;水淹胁迫导致水竹胞间CO₂浓度呈现先下降后上升的趋势,至第9天与对照组的数据差异不显著,其恢复时长与胁迫程度呈正相关;暗呼吸速率及光补偿点则随胁迫时长的增加而上升;总光合色素呈现先下降后上升趋势,叶绿素与类胡萝卜素的比例仍保持在3∶1,而叶绿素a与叶绿素b的比例从3∶1下降至2∶1;叶片水分利用率呈现先下降后上升的趋势,而表观光能利用率与表观CO₂利用率均呈现下降趋势,其下降幅度随水淹时长的延长而逐渐减小。研究表明,半淹胁迫短期内对水竹的光合作用表现出...     

四个竹秆变异毛竹变型的全基因组序列分析

毛竹是我国重要的经济竹种,在长期栽培适应过程中产生了丰富的变异。为揭示毛竹竹秆变异变型的全基因组突变类型,以黄皮毛竹、金丝毛竹、绿皮花毛竹和花毛竹4个毛竹变型为实验材料,采用高通量重测序技术获得全基因组序列,进行单核苷多态性(SNP)、小片段插入缺失(InDel)和结构变异(SV)检测和注释,并将变异基因进行功能注释。结果表明:花毛竹基因组检测得到的基因变异数最多,为12 555个; 金丝毛竹样品变异位点数最少,为11 923个; 4个样品都有7 000多个变异基因得到功能注释。GO注释分类包括细胞组件、分子功能和生物过程三个基因功能分类体系的56个功能组。在细胞组件方面,叶绿素合成相关基因有2 431个; 在生物过程方面,参与类胡萝卜素合成过程的基因有75个,参与花青素合成过程中的调控以及紫外光下组织中花青素积累的相关基因有80个。COG分类表明参与复制、重组和修复的基因数为369个,信号转导机制的基因数为291个,转录的相关基因为222个。通过KEGG数据库系统地分析变异基因参与的黄酮类、类胡萝卜素等物质代谢合成途径。深入研究这些差异基因的调控途径,从DNA水平上解释竹秆的变异机制,可为深入研究毛竹种内丰富的多态性和遗传变异提供数据支持,阐析不同变异类型的基因家族、功能基因等遗传基础。     

毛竹谷胱甘肽过氧化物酶基因分子特征及其表达模式分析

利用生物信息学以及分子生物学方法对毛竹(Phyllostachys edulis (Carriere) J. Houzeau)谷胱甘肽过氧化物酶基因(GPX)的分子特征以及表达模式进行分析。结果显示,在毛竹中共鉴定出9个GPX家族成员基因(PeGPX1-PeGPX9),均具有6个外显子以及5个内含子,PeGPXs编码蛋白的长度为168~235 aa,相对分子量在18.41~25.54 kD,等电点范围为5.88~9.48。亚细胞定位预测结果发现,除PeGPX5定位在线粒体上,其他PeGPXs都定位在叶绿体上。在PeGPXs启动子中含有多种与胁迫和激素相关的顺式作用元件。qRT-PCR分析结果表明,强光、低温、GA₃、NAA和MeJA处理均可引起毛竹叶片中PeGPXs表达量发生明显变化。     

毛竹bHLH转录因子的鉴定及其在干旱和盐胁迫条件下的表达分析

以毛竹(Phyllostachys edulis (Carr.) Lehaie)为材料,利用生物信息学方法,在基因组水平上对其bHLH基因家族成员进行鉴定和分析,并对不同组织中该基因的表达模式以及部分基因在干旱和高盐胁迫条件下的表达情况进行研究。结果显示:在毛竹中共鉴定出153个具有完整保守结构域的bHLH基因家族成员(PebHLH001～PebHLH153),这些基因内含子数量为0～14,其中137个基因的启动子均含有与干旱、盐胁迫相关的顺式作用元件; PebHLHs编码的蛋白长度为134～1401 aa; bHLH家族成员的系统进化分析结果表明,153个PebHLHs可被分为17个亚类,其中C亚类的成员数量最多,为42个;基于转录组数据的表达谱分析结果发现,有151个PebHLHs在毛竹不同组织和不同生长发育时期有不同程度的表达量;实时荧光定量PCR实验结果显示,在干旱和盐胁迫处理后,分别有14和13个PebHLHs基因的表达量上调,分别有2和3个表达量下调,但表达模式存在一定差异,说明他们在应答干旱和盐胁迫过程中可能发挥不同的作用。     

模拟干旱和磷添加对热带低地雨林叶凋落物分解的影响

凋落物是植物在其生长发育过程中新陈代谢的产物,是土壤有机质输入的重要途径,凋落物分解是生态系统养分循环的关键过程之一。在全球气候变化背景下,热带地区干旱事件发生的频率和强度均在增加,同时,普遍认为热带地区受磷(P)限制,所以探讨干旱胁迫和土壤磷可用性对热带地区叶凋落物分解的影响及两者是否存在交互效应十分必要,有助于了解干旱对该区叶凋落物分解的影响机制以及是否受土壤磷调控。依据植物多度、碳固持类型、叶质地,以海南三亚甘什岭热带低地雨林的4个树种叶凋落物(铁凌 Hopea exalata、白茶树 Koilodepas bainanense、黑叶谷木 Memecylon nigrescens、山油柑 Acronychia pedunculata)为实验材料,依托2019年在该区建成的热带低地雨林模拟穿透雨减少、磷(P)添加双因素交互控制实验平台,包括干旱(D -50%穿透雨)、P添加(P +50Kg P hm^-2a^-1)、模拟干旱×P添加(DP -50%穿透雨×+50Kg P hm^-2a^-1)、对照(CK)4个处理,且4种处理随机分布于3个区组,即设置了3个重复。使用常规的凋落物分解袋法探究实验处理对4个树种叶凋落物的分解系数、碳(C)、氮(N)元素动态变化的影响。结果表明:不同树种的叶凋落物因基质质量不同分解存在差异。模拟干旱处理对叶凋落物C、N损失产生抑制作用,但是对不同树种叶凋落物的抑制作用不同,原因是干旱处理通过抑制土壤分解者活动、减弱凋落物的物理破碎作用,间接抑制凋落物分解,并且由于高质量(含N量高)凋落物受微生物分解者影响较大,所以该凋落物分解受干旱抑制程度较大;P添加处理对叶凋落物C损失存在促进作用、N损失存在抑制作用,原因是土壤中P含量的升高,提高了微生物分解高C物质的能力,以及当土壤中P含量较高时,间接抑制微生物通过分解凋落物获取养分或者促进微生物优先完成自身生长代谢需要而不是合成分解凋落物所需要的酶,导致叶凋落物N损失下降;模拟干旱与P添加处理存在显著交互效应,P添加处理缓解或反转了干旱胁迫对叶凋落物分解的抑制作用。以上结果表明,不同基质质量的凋落物分解存在差异,对干旱胁迫的响应不同;在叶凋落物分解过程中,P添加促进C损失、抑制N损失;此外,在热带低地雨林,土壤中P可用性变化可调节干旱对凋落物分解的影响。     

固氮树种旱冬瓜对退化林地土壤修复和林下植被重建的生态驱动效应

固氮树种对退化土壤和森林的结构与功能修复和改良具有重要价值,但是,固氮树种的混交配置、林龄变化和人工与天然起源林分对土壤修复和林下植被重建方面的生态驱动效应与影响机制的认识尚不够深入。因此,在金沙江上游选择退耕地上不同混交配置模式、不同林龄旱冬瓜(Alnus nepalensis)人工林和旱冬瓜天然次生林,对比分析了土壤养分、林下植被生长、林下植被多样性和旱冬瓜材积等指标的差异,以期阐明固氮树种旱冬瓜对土壤养分状况及林下植被重建的生态驱动效应。结果表明：(1)不同旱冬瓜人工林配置模式中,旱冬瓜纯林的土壤养分综合指标显著高于旱冬瓜+云南松混交林和云南松纯林(P<0.05);(2)不同林龄旱冬瓜人工林中土壤有机质、总氮及土壤养分综合指标呈现8年生林均显著大于5年生林(P<0.05);(3)土壤有机质、总氮及土壤养分综合指标均为旱冬瓜天然林>旱冬瓜和云南松人工混交林>云南松天然林(P<0.05);(4)SEM模型分析发现,旱冬瓜材积与土壤养分综合指标呈极显著的正相关关系(R=0.473,P<0.001);(5)在不同旱冬瓜人工配置模式和不同优势种的天然林中...     

带状采伐毛竹林土壤质量评价

森林土壤质量对维持森林长期生产力具有重要作用。本研究以带状采伐毛竹纯林(3、6、9和12 m采伐带,代码分别为D1、D2、D3、D4)为对象,以传统择伐毛竹林为对照(CK),选取7种土壤物理指标、12种土壤化学指标和5种土壤酶活指标作为土壤质量评价因子,比较不同处理土壤因子间的差异,并利用主成分分析方法构建土壤质量评价最小数据集。结果表明:带状采伐处理0～10 cm土层土壤容重显著低于对照,10～20 cm土层最小持水量、毛管持水量和毛管孔隙度显著高于CK;带状采伐处理0～40 cm土层土壤有机质、氮和磷含量等均高于CK;土壤蛋白酶活性以D3和D4较高,土壤蔗糖酶活性D2最高;通过主成分分析与矢量常模Norm值结合,筛选出土壤有机质含量、容重、酸性磷酸酶活性、C∶N、C∶P和非毛管孔隙度等6个土壤指标,构建最小数据集;不同强度带状采伐毛竹林土壤质量综合评价指数排序结果为D4D2D3D1CK。带状采伐短期内促进了毛竹林土壤养分的提高,且较大采伐带宽度促进作用更大,但带状采伐对毛竹林土壤的影响是一个长期过程,需要长期对土壤指标进行监测和评价,从而为合理选择毛竹林带状采伐方式提供理论基础。