湿地植物根系泌氧及其在自然基质中的扩散效应研究进展

湿地植物根系径向泌氧(ROL)是构造根际氧化-还原异质微生态系统的核心要素,其扩散层为好氧、厌氧微生物提供了良好生境并促进其代谢活动,使湿地植物根际成为有机物降解、物质循环及生命活动最为强烈的场所,已有成果证明湿地植物根系ROL的强弱与污染物的去除效果密切相关。因此,开展湿地植物根系ROL及其在自然基质中的扩散效应研究,对于了解湿地植物根系ROL机理及其根际氧环境特征,进而发挥湿地植物的污染去除功能具有十分重要的意义。基于此,首先归纳了湿地植物根系ROL特征及其受影响机制的研究现状,而后从种属差异、时空分布及对微生物的影响等方面对根系ROL在自然基质中的扩散效应国内外研究成果进行了总结,最终根据研究现状与不足对今后的研究方向进行了简要展望。创新之处在于:1)提出影响根系氧供给及氧输送释放通道的环境、生物等因素,阐述了其对根系ROL的影响机制;2)着重阐述了目前研究较少提及的根系ROL扩散效应测定方法。     

水稻根系响应镉胁迫的蛋白质差异表达

为探讨水稻根系对镉胁迫的分子生理响应,以抗镉水稻PI312777和镉敏感水稻IR24为材料,设置Cd~(2+)浓度为0、50和100μmol/L的水培试验,处理7 d后分析了水稻根系的蛋白质差异表达。结果表明,在镉胁迫下水稻PI312777和IR24根系有18个蛋白质发生了差异表达,其中的12个得到MALDI-TOF/MS鉴定。这些鉴定的蛋白功能可分四类:(1)与活性氧(ROS)胁迫相关的过氧化物酶(POD)、蛋氨酸腺苷转移酶(MAT)、类萌发素蛋白前体;(2)与谷胱甘肽(GSH)合成相关的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)、谷氨酰胺合成酶(GS)和谷氨酸脱氢酶(GDH);(3)与逆境胁迫相关的ABA胁迫诱导蛋白含HVA22域蛋白、ABA-胁迫-成熟诱导蛋白5(ASR5);(4)与细胞分裂调控相关的GTP结合核蛋白Ran-2。镉胁迫下SAMS和GTP结合核蛋白Ran-2在两种水稻根系均发生上调表达;MAT、POD、类萌发素蛋白前体和GS发生下调表达;依赖NADP-GDH、GDH和磷酸甘油酸变位酶在IR24根部均发生下调表达,在PI312777根部仅在100μmol/L Cd~(2+)处理发生下调表达;含HVA22域蛋白在PI312777根部上调表达,在IR24根部发生下调表达;ASR5在PI312777根部上调表达,在IR24根部的表达无显著差异;100μmol/L Cd~(2+)胁迫下60S酸性核糖体蛋白P0在水稻PI312777根部表达下调,在IR24根部表达上调。可见,镉胁迫使水稻根部ROS增加,形成氧化胁迫反应,造成毒害作用,而水稻根通过调节SAMS和GS提高GSH合成降低镉毒害。ASR5和HVA22蛋白等逆境胁迫蛋白的表达差异则是水稻品种间抗性差异的重要原因之一。     

产毒与不产毒铜绿微囊藻对模拟酸雨及紫外辐射的生理响应

为了比较研究酸雨与紫外辐射对淡水水体常见藻华蓝藻的生理学影响,选取铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)产毒(FACHB-905)与不产毒(FACHB-469)株系作为实验材料,通过人工模拟酸雨,研究了不同p H处理后2藻株的光合生理变化以及对紫外辐射的敏感性的异同。实验设置3个p H梯度,p H7.10为对照组(正常培养基培养的藻体),两模拟酸雨处理组(p H5.65和p H4.50);两种辐射处理,可见光处理(PAR)以及全波长辐射处理(PAB)。研究结果表明,905藻株细胞粒径在各p H处理下都要显著高于469藻株,模拟酸雨处理显著降低了两藻株细胞的平均粒径及体积,但叶绿素含量显著提高;酸雨处理同时也引起细胞死亡率的增加,表现为藻体有效光化学效率显著降低,生长速率显著受到抑制,低p H下呈负增长,且这种抑制程度在469下更为显著。高的可见光以及紫外辐射处理,使两株系有效光化学效率随p H的降低而呈降低趋势,其中469藻株降低至更低的水平,且高光辐射以及紫外诱导的抑制率要显著高于905藻体,这可能与469藻株较低的光保护色素有关(较低的类胡萝卜素以及紫外吸收物质)。在未来全球变化背景下,不同种类的浮游植物对环境变化的响应及适应能力不同,可改变水体的群落结构和种群丰度,铜绿微囊藻905较469较强的耐受酸雨以及紫外辐射的能力,可能会使该株系在竞争力上占据优势。     

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。     

极端温度对海刺猬(Glyptocidaris crenularis)存活、摄食、生长和性腺的影响

在实验室条件下研究了极端温度对海刺猬的存活率、摄食率、生长以及组织器官等方面的影响。实验设置两个处理组温度为30°C和-2℃,对照组为自然水温(19~23℃),每组设置3个重复,每个重复60枚海刺猬,实验周期为56 d。结果表明:高温组海刺猬实验温度升到30℃后2 d内全部死亡,其平均摄食量(5.19±1.31 g·ind-1)极显著小于对照组(15.15±1.58 g·ind-1)(P0.01);低温组和对照组之间海刺猬存活率差异不显著(P0.05);但低温组海刺猬平均摄食量(0.18±0.04 g·ind-1)极显著小于对照组(10.90±0.33 g·ind-1)(P0.01);56 d内低温组海刺猬个体湿重极显著小于对照组(P0.01);低温组海刺猬口器湿重、壳湿重、性腺湿重、壳干重、口器指数、壳指数极显著小于对照组(P0.01),性腺干重、口器干重显著小于对照组(P0.05);但性腺指数与对照组无显著差别(P0.05);低温组海刺猬最大承受压力极显著小于对照组(P0.01);在实验室条件下,海刺猬(2~3 g·ind-1)无法长时间在高温环境(30℃)下存活,而能在低温环境(-2℃)下存活但其摄食、生长和性腺性状影响极显著。     

胡杨幼苗根系生长与构型对土壤水分的响应

胡杨实生幼苗成活率低是制约其更新与人工育苗保存的关键问题,而幼苗根系生长与构型是影响其存活的重要因素。该试验以1年生胡杨幼苗为材料,通过2种给水方式(断续给水和连续给水)下各6个土壤水分梯度处理的控制试验,探究胡杨幼苗根系生长与构型对荒漠地区关键因子水分的响应特征。结果表明:(1)2种给水方式下干旱胁迫均使根冠比增加,且断续给水处理下幼苗根冠比显著大于连续给水。(2)一定程度的干旱处理还可以促进幼苗根系形态发育特征的发展和根系生物量的积累,但过度干旱胁迫或土壤水分含量过多都会抑制根系生长,并以连续给水、土壤含水量15%处理下幼苗根系最为发达。(3)幼苗深扎根能力强,其根宽深比在2种给水方式下均小于1,且断续给水处理显著小于连续给水处理;2种给水方式下根宽深比都与土壤水分含量呈显著正相关。(4)根系拓扑指数在2种给水方式下无显著差异且均接近1,但都与土壤水分含量呈显著负相关。即幼苗根系趋向鱼尾状分支结构,次级分支少,这种根系延伸策略有利于胡杨幼苗在干旱贫瘠的土壤环境中生存。(5)根系构型参数的主成分分析显示,总根长、总根表面积、根宽深比和拓扑指数在2种给水方式下都能很好地表示胡杨幼苗根系构型特征。可见,胡杨幼苗根系通过构筑鱼尾状分支结构、增加垂直根纵向延伸能力和增大根冠比适应干旱环境;水分对于胡杨幼苗根系生长与构型作用显著,根系对水分因子的响应对于胡杨幼苗适应水分异质性环境具有重要意义。     

遮荫对短梗大参苗木光合作用及生长的影响

以盆栽短梗大参为试验材料,探讨不同遮荫处理(全光日照、70%光日照及40%光日照)对短梗大参苗木叶绿素含量、光合作用和生长的影响,为耐阴植物引种栽培及在园林上的应用提供理论依据。结果表明:在遮荫处理下短梗大参生长良好,叶色浓绿,植株的冠幅和复叶数显著高于全光日照(P0.05);遮荫处理下叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素的含量显著高于全光日照(P0.05),且随着遮荫程度增强而增加,而叶绿素a/b则呈下降趋势。与全光日照相比,遮荫处理提高了短梗大参表观量子效率(AQY)和最大净光合速率(Pmax),同时明显降低了光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP)。遮荫处理提高了PSⅡ原初光能转换效率(Fv/Fm)和潜在活性(F0/Fm),尤其是40%光日照下Fv/Fm和F0/Fm均显著高于全光日照(P0.05)。遮荫处理下非光化学猝灭系数(NPQ)显著低于全光日照(P0.05),并随着遮荫程度的增加而进一步降低,以减少热耗散等途径来提高PSⅡ光能转化效率,但光化学猝灭系数(q P)受遮荫处理影响不大。因此,作为喜阴植物,短梗大参具有较强的弱光利用能力,适宜生长于适度荫蔽的环境。     

长期淹水环境下河竹鞭根系统形态、生物量和养分的适应性调节

为揭示长期淹水环境下基于形态、生物量和养分的河竹鞭根系统的生长策略,为河竹在水湿地和江河湖库消落带植被恢复中的应用提供参考,调查测定了人工喷灌供水和淹水处理3、6、12个月的河竹一年生竹鞭及其根系的形态和生理生化指标,分析了河竹鞭和鞭根形态特征和生物量分配及鞭根系统的养分吸收与平衡.结果表明: 长期淹水对河竹鞭节长、鞭径和土中根根径并无明显影响.淹水3个月整体上对鞭的形态特征影响小,水中翘鞭较少,但一定程度上抑制了根的生长.随着淹水时间的延长,水中鞭、根大量生长,同时促进了土中鞭、根的生长,但土中、水中鞭生物量和土中根生物量占总生物量的比例变化并不明显,而水中根生物量/总生物量和水中根生物量/土中根生物量显著升高,体现出河竹可以通过鞭根系统的生长调节和生物量合理分配来逐步适应淹水环境.长期淹水整体上降低了河竹土中根的根系活力,抑制了土中根对养分的吸收,但对土中根养分化学计量比的影响较小,而使水中根的根系活力显著增强,养分化学计量比产生明显的适应性调节,N/P升高,N/K和P/K降低.水中根不仅起到氧气吸收功能,还具有较强的养分吸收功能.这是河竹有效适应淹水环境的生长策略之一.     

调亏灌水和分蘖干扰对冬小麦生长的补偿效应

为探索抑制个体功能的生长冗余以实现群体性能优化并挖掘作物高产潜力的途径,通过桶栽试验,选择分蘖能力中等的小偃22号和分蘖能力较强的郑麦7698,对比研究2种灌水模式（全生育期充分灌水和分生育期调亏灌水）和3种分蘖干扰（从拔节期开始去除所有小分蘖,仅保留主茎和1个大分蘖;抽穗期去除所有无效分蘖;以不作任何干扰为对照）,来模拟不同水分供应和不可预测干扰对冬小麦生理生长、产量和水分利用效率的补偿机制.结果表明： 2个冬小麦品种均存在生长冗余.与小偃22号相比,郑麦7698有效分蘖数较高,但穗部性状较差.调亏灌水和抽穗期去除无效分蘖均可减少生长冗余,弱化竞争能力,改变源 库关系,提高资源分配.但冗余消除过度（拔节期干扰）则会破坏植株固有的根冠平衡和功能结构,导致生长的不足补偿.与对照相比,调亏灌水联合抽穗期去除无效分蘖可在时空尺度上充分开发和利用作物自身调控潜力实现补偿生长,在不显著影响籽粒产量的同时可提高水分利用效率20.4%～25.4%,是适宜的减冗增效措施.     

丛枝菌根真菌对茄子黄萎病的防治效果和茄子植株生长的影响

研究了接种丛枝菌根真菌(AMF)对茄子生长和对黄萎病的影响,并且探讨了AMF诱导植物抗病性的生理生化变化。结果表明:接种AMF能促进茄子的生长,明显降低茄子黄萎病的发病率和发病指数;与只接黄萎菌处理比较,在先接种AMF然后接种黄萎病原菌的情况下,可以降低茄子叶内脯氨酸含量和相对电导率,提高根系活力,提高过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性。试验显示,AMF对茄子黄萎病具有一定的生防效果。这种抗性可能来源于AMF提高了茄子营养水平,激活了植物抗病机制。