春、夏季土壤水分对连翘光合作用的影响

在全球气候和环境变化的背景下,我国华北地区表现出平均气温升高和降水时空格局变化的趋势,导致华北地区春、夏季土壤水分变化加剧,从而一定程度上制约了植物的光合作用和生物生产力。为探索植物光合作用对土壤水分变化以及所处生长发育季节的响应特点,以华北地区为研究区,利用Li-6400光合作用测定系统,通过受控温室内盆栽控水的方法,测定和分析了春、夏两个季节2年生连翘叶片在多级连续土壤水分梯度下的光合作用光响应过程。研究结果表明:1) 弱光 (光合有效辐射PAR≤200 μmol m^-2 s^-1) 下,净光合速率 (Pn)、气孔导度 (Gs)、水分利用效率 (WUE) 光响应过程对季节不敏感,强光下Pn-PAR、Gs-PAR过程与土壤水分和季节同时有关,春、夏两个季节Pn、Gs对强光响应的差异更多表现在阈值:土壤相对含水量 (SRWC) >40%范围。2) 春、夏两个季节表观量子效率 (φ)、 Pn、WUE、Gs、 胞间CO₂浓度 (Ci)、气孔限制值 (Ls) 对SRWC具有相似的响应过程,但两个季节各个参数达到阈值时的SRWC不同,说明水分阈值是不同季节植物光合作用响应土壤水分产生差异的关键。3) 春、夏两个季节连翘光合作用较适宜的土壤水分分别是春季51.84%≤SRWC≤58.96%,夏季52%≤SRWC≤83.34%;此SRWC范围内,春、夏两个季节连翘光合作用适宜的PAR范围相似,为1000 μmol m^-2 s^-1≤PAR≤1400 μmol m^-2 s^-1。因此,为适应未来气候和环境变化,有必要根据植物所处的物候期确定环境因子(土壤水分、光照、温度等)的适宜范围和关键阈值,更好地为区域适应性措施的探索提供科学依据。     

钙对花生幼苗生长、活性氧积累和光抑制程度的影响

为探讨钙元素对花生幼苗生长的影响,以花育22为试材,用改良的Hoagland溶液进行培养,培养液钙离子(Ca2+)浓度分别为0、6和12 mmol/L(依次简称为CK、C6和C12),研究了不同Ca2+浓度培养下花生幼苗生长以及根系和叶片活性氧(ROS)的积累情况。结果表明,Ca2+显著提高花生植株的株高和鲜重,并降低根冠比,而且正常培养条件下,Ca2+显著提高根系活力、降低叶片和根系的ROS积累,而且C12幼苗的生理状态要好于C6。花生幼苗功能叶在高温(42℃)强光(1200μmol m-2s-1)胁迫处理下,与CK植株相比,C6和C12叶片的过氧化氢(H2O2)和超氧阴离子(O-2)的积累水平低、其叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)高、光系统Ⅱ(PSⅡ)的关闭程度低,而且C12幼苗的活性氧积累和光抑制程度都明显低于C6,表明高温强光胁迫下,Ca2+有利于减轻花生幼苗叶片的光抑制和ROS积累。C6和C12叶片的部分ROS清除酶活性以及有关渗透调节物质的含量明显高于CK,丙二醛(MDA)的含量明显低于CK,表明胁迫条件下Ca2+通过提高ROS清除酶活性和渗透调节物质含量降低ROS的积累和危害,保护花生类囊体膜从而保证花生正常生长。     

不同光质对甘蓝型油菜幼苗的生长和生理特性的影响

以甘蓝型油菜品种‘宁油12’为试材,采用单因素随机区组设计的盆栽试验,将直播后长至子叶展平时的油菜幼苗转入荧光灯(FL,对照)、蓝光(B)、蓝红组合1∶1(BR1∶1)、蓝红组合1∶8(BR1∶8)和红光(R)下进行照射,考察不同光质对甘蓝型油菜生长指标、根系活力、叶绿素含量和光合产物等的光效应,筛选适合甘蓝型油菜工厂化育苗的人工光源,为油菜的工厂化育苗的光源合理利用提供理论指导和技术支持。结果表明:(1)油菜幼苗的鲜质量、干质量、根长、株高、茎粗和叶面积在BR1∶8处理下最大,并显著高于对照FL;(2)BR1∶8处理下的幼苗根系活力最强,其次为B处理,二者都显著高于对照FL;(3)幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量和类胡萝卜素的含量在各光质处理下变化趋势一致,即B处理最大,其次是BR1∶8处理,二者均显著高于BR1∶1、R和FL处理,但BR1∶1、R和FL处理间均无显著差异;(4)BR1∶8处理幼苗叶片的可溶性糖、淀粉和游离氨基酸含量最高,且都显著高于BR1∶1、R和FL处理;B处理幼苗叶片的蔗糖、可溶性蛋白和抗坏血酸含量最高,且显著高于BR1∶1、R和FL处理;BR1∶8处理叶片的可溶性碳和氮含量最高,其次为B处理,并显著高于BR1∶1、R和FL处理;而对照FL处理的碳氮比最大,显著高于其他处理。研究认为,蓝红组合光(1∶8)能显著提高甘蓝型油菜叶片可溶性糖、可溶性淀粉、游离氨基酸、可溶糖总碳和总氮的含量,而蓝光则能显著促进叶片光合色素、蔗糖、可溶性蛋白和抗坏血酸的积累,有效促使幼苗快速、健壮生长,生产中可采用蓝红组合光(1∶8)和蓝光作为甘蓝型油菜育苗的人工光源。     

烟草叶片对不同光质短期应答的代谢轮廓

在烟草上部叶片生理成熟期给以白、紫外A、蓝、绿、黄、红6种LED灯光处理,研究了烟草叶片对不同光质的短期应答.结果表明: 采用非靶标检测方法共检测到68种GC/MS(气相色谱/质谱)稳定的代谢产物,在PLS-DA得分图中,6种光处理的样品被明显分开;有61种在质谱库中得到鉴定,其中45种代谢物质含量在不同光处理间存在显著性差异,主要为有机酸类、糖类、TCA循环中间产物、氨基酸类等初级代谢产物;采用差异性代谢物的热力图及聚类分析将其分为5类,同时也将6个处理明显分开,其中红、蓝光处理差异最为明显,除B类物质外,其他4类均以红光处理高于蓝光处理.采用靶标性检测方法测定了3种生物碱、5种多酚及茄尼醇的含量,4种(加上非靶标测定到的烟碱)生物碱在不同光质处理间的变化趋势一致,红光和黄光明显促进了生物碱积累;莰菲醇基芸香苷和芸香苷在不同处理之间的变化趋势一致,以蓝光处理最低、黄光最高,光质对其他3种多酚的影响各异;黄光明显抑制了茄尼醇的积累,蓝光处理的叶片中茄尼醇含量最高.说明光质变化对烟草脂肪酸代谢、糖代谢、生物碱代谢、氨基酸代谢、TCA循环和莽草酸途径等多条代谢途径均有显著的影响.     

气温和降雨量对中国湿地生态系统CO2交换的影响

湿地由于具有较高的初级生产力以及较低的有机质降解速率而成为缓解全球变暖的潜在有效碳汇.虽然近年来中国湿地生态系统CO₂交换过程及其影响机制研究取得了一系列进展,但尚缺乏对数据进行系统性整合分析.基于29篇文献的数据,对中国21个典型湿地植被净生态系统CO₂交换(NEE)、生态系统呼吸(R_eco)、总初级生产力(GPP)、NEE的光响应参数以及R_eco的温度响应参数进行整合分析,并探讨了这些指标对温度与降雨的响应.结果表明： 年尺度上,气温和降雨量对NEE(R²=50%,R²=57% )、GPP(R²=60%,R²=50%)和R_eco(R²=44%,R²=50%)均有显著影响(P<0.05).生长季尺度上,NEE (R²=50%)、GPP (R²=36%)和R_eco(R²=19%)与气温呈显著相关(P<0.05);同时NEE(R²=33%)和GPP(R²=25%)也与降雨量呈显著相关(P<0.05),但R_eco与降雨量的相关关系不显著(P>0.05).生长季降雨量与最大光合速率(A_max)之间呈显著相关 (P<0.01),但与表观量子产率(α)、白天生态系统呼吸速率(R_eco,day)无显著相关(P>0.05).生长季气温对α、A_max和R_{eco, day}均无显著影响(P>0.05).生态系统基础呼吸速率(R_ref)与降雨量无显著相关(P>0.05),但是生态系统呼吸的温度敏感系数(Q₁₀)与降雨量呈显著的线性负相关(P<0.05),同时气温对Q₁₀(R²=0.35)、R_ref(R²=0.46)均产生显著影响(P<0.05).     

干旱胁迫对玉米苗期叶片光系统Ⅱ性能的影响

以陕单609为材料,采用盆栽试验,设置中度、重度干旱胁迫2个处理,研究干旱胁迫对苗期玉米叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)性能、干物质积累、保护酶活性及脯氨酸含量的影响.结果表明:随着干旱胁迫程度的增加,玉米于物质积累量、叶面积、株高下降显著;PSⅡ复合体的不稳定性加重(L-band ＞0),供体侧放氧复合体受到伤害(K-band ＞0),受体侧电子传递链受到抑制(Ψ0显著下降),进而导致光系统Ⅱ整体性能下降(PIABS显著下降).在中度和重度干旱胁迫下,超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化物酶活性,以及脯氨酸含量均显著增加,分别为对照的1.3、1.1、1.2、5.8倍和1.1、3.3、1.5、15.0倍.这表明干旱胁迫引起的玉米叶片光系统Ⅱ供受体侧的损伤是光系统Ⅱ性能下降的原因,导致玉米干物质生产下降,而保护酶和脯氨酸对玉米抵御干旱胁迫起到了积极的作用.     

土壤生物消毒对甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作障碍的防控效果

采用有机物料添加、土壤灌水和表土覆盖相结合的土壤生物消毒方法来防控甘肃省中部沿黄灌区马铃薯连作障碍,系统性地评估生物消毒对连作马铃薯块茎产量、植株生长发育及土传病害抑制、微生物区系和酶活性等土壤生化性质的影响.结果表明:生物消毒处理比对照块茎产量和植株生物量分别显著增加16.1%和30.8%,植株发病率和病薯率分别下降68.0%和46.7%.生物消毒处理显著提高了连作马铃薯叶绿素含量和主茎分枝数,改善了根系形态结构.在播前土壤生物消毒处理过程中,土壤p H值和细菌/真菌显著增加,真菌和镰刀菌数量大幅度下降,而细菌和放线菌数量则变化不明显.在马铃薯各生育时期,生物消毒处理土壤真菌数量均远低于对照,镰刀菌数量也低于对照,但随着生育进程的推进,镰刀菌数量呈现逐渐回升的趋势.无论是在生物消毒处理过程中还是马铃薯整个生育期,生物消毒处理的土壤相关酶活性与对照相比变化均不明显.总体上,土壤生物消毒的方法在克服马铃薯连作障碍上具有较大的应用潜力.     

封面说明

图片由中国科学院沈阳应用生态研究所森林与土壤生态国家重点实验室杨达2013年8月15日摄于大兴安岭呼中林区.兴安落叶松(Larix gmelinii)为松科落叶松属落叶乔木,树皮暗灰色或灰褐色,木材蓄积丰富,硬度中等,纹理直,结构细密,有树脂,耐久用,是中国东北林区的主要森林树种.其喜光性强,对水份要求较高,在各种环境中均能生长,尤以生于土层深厚、肥润、排水良好的北     

细枝木麻黄离体培养过程中愈伤组织和再生芽的细胞组织学观察

为探讨细枝木麻黄(Casuarina cunninghamianaMiq.)愈伤组织分化过程的细胞组织学,对离体培养条件下的愈伤组织进行扫描电子显微镜和石蜡切片观察,分析愈伤组织的细胞分裂、分化以及芽再生的发生过程。结果表明,新鲜外植体培养于愈伤组织诱导培养基上,伤口处的薄壁细胞开始脱分化,培养1周后形成明显的愈伤组织;继续培养2周后,胚性愈伤组织形成,且表层细胞启动分化形成芽原基;培养4周,可肉眼观察到胚性芽原基,数量增多并逐渐分化形成不定芽;培养至第6周,生成不定芽,并大量增殖和分化。因此,细枝木麻黄是通过愈伤组织分化形成胚状体的途径进行植株再生的,为建立细枝木麻黄组织培养高效再生体系提供了理论依据。     

一种用于微藻培养的新型板式光生物反应器

微藻的闪光效应可以大幅提高微藻的光效率,提高微藻产量。通过在传统的板式光生物反应器中加入斜挡板以增强微藻的闪光效应。以小球藻为模型藻种,考察了新型板式光生物反应器内不同光强和不同进口流速对小球藻生长速率和光效率的影响。结果表明,当进口流速为0.16 m/s时,随着光强的提高,小球藻的细胞浓度逐渐增加,光效率逐渐降低;在500μmol/(m2·s)的光强条件下,小球藻细胞浓度和光效率均随着进口流速的提高而增加。新型板式光生物反应器内小球藻的细胞浓度比传统板式光生物反应器提高了39.23%,表明在传统板式光生物反应器内加入斜挡板可有效增强微藻的闪光效应。