8种绿化树种光合特性及叶片解剖结构比较

城市绿化不仅包含了园林绿化的美化作用,还具有重要的生态功能,其生态功能是通过植物的生理活动实现的。光合能力在种间和基因型间的变化很大,这些差异通常与代谢和(或)叶片的解剖结构的性质有关。本研究选择8种哈尔滨常见树种,采用Li-6400便携式光合测定系统对叶净光合速率(P_n)、呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)等进行测定,并利用显微镜观察测定叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度,从而探讨叶片结构对光合生理的影响。结果表明:8个树种间叶片最大光合速率、气孔导度、胞间CO_2浓度、蒸腾速率、光饱和点差异显著(P <0.05);表皮厚度、栅栏组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度差异显著(P <0.05)。虽然8个树种间光合能力和叶片解剖结构的差异较大,但分析发现其间也存在一定的相关性。其中,光饱和点与叶表皮厚度显著正相关(P <0.01),相关系数为0.78。胞间CO_2浓度与上表皮气孔密度显著负相关(P <0.05),相关系数为-0.65。而最大光合速率、呼吸速率、蒸腾速率和光补偿点与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。胞间CO_2浓度与表皮厚度、栅栏组织厚度、海绵组织厚度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。光饱和点与栅栏组织厚度、海绵组织厚度、上表皮气孔密度和下表皮气孔密度相关均不显著(P> 0.05)。虽然对叶片结构对生理过程的影响的机理还需要进一步研究,但是我们认为叶片解剖结构的研究可以更好地理解生理指标的变化。     

春、秋季节树干温度和液流速度对东北3树种树干表面CO2释放通量的影响

为探明温度与液流速度对树干表面CO2释放通量的影响,采用红外气体分析法(IRGA)原位连续测定白桦、兴安落叶松和水曲柳树干表面CO2释放通量,同时测定树干液流速度及树干温度。3树种树干CO2释放通量和液流速度在昼夜变化和季节变化上有一定规律,春、秋季节树干表面CO2释放通量昼夜动态均呈明显的单峰型曲线,但是峰值出现的时间有所区别: 6月份树干表面CO2释放通量峰值出现在夜间,温度峰值则在白天;9月份树干表面CO2 释放通量和液流速度及树干温度在昼夜间的变化规律总体上呈相同趋势,均为白天升高,晚上降低,呈单峰曲线,峰值基本在中午出现。3树种树干表面CO2释放通量有明显的季节性规律,即6月份的CO2释放通量明显高于9月份。9月份和6月份白桦、兴安落叶松和水曲柳的日平均树干表面CO2释放通量分别为0.82,3.32μmol m-2 s-1;0.74,3.78μmol m-2 s-1和1.98,4.98μmol m-2 s-1;6月份和9月份日平均液流速度分别为2.48,10.02g?cm-2?h-1;4.78,10.71g?cm-2?h-1和2.69-7.93g?cm-2?h-1。树干表面CO2释放通量与树干温度和液流速度相关关系显著,6月份和9月份树干表面CO2释放通量与树干温度均呈正相关;树干表面CO2释放通量与液流速度间的相关关系6月与9月不同,6月份液流速度与树干表面CO2释放通量呈负相关,而9月份呈正相关。实验发现,除落叶松外,同1株树24小时周期内水曲柳和白桦液流上升期和下降期液流速度对树干表面CO2 释放通量的影响不一致,可能是由于上下午之间温度不同,导致树干内部CO2溶解度不同,使上下午树干内部CO2与表面通量的平衡发生改变,这种改变存在种间差异,表明温度和液流的共同作用影响树干CO2释放通量。水曲柳月份间树干表面CO2释放通量的差异受液流速度影响较大,白桦和兴安落叶松树干表面CO2释放通量的月份间变化则是液流速度和温度的共同作用的结果。我们的结论是,温度是影响树干呼吸速率的关键因子,但树干呼吸产生的CO2向大气的释放也同时受树干液流速度的影响。温度与液流对春秋季节3树种树干表面CO2释放通量的影响有所不同。     

兴安落叶松树干CO_2各通量成分对树干呼吸的贡献及其主要影响因子

树干呼吸(RS)的CO2通量由三部分组成,即液流中CO2运输通量(FT)、储存通量(△S)和树干表面CO2释放通量(EA)。其中木质部液流中CO2的运输(FT)在植物的气体交换中起到非常重要的作用,是茎、枝呼吸作用测定中非常重要且未予说明的组分。为探明兴安落叶松树干各通量成分对树干呼吸的贡献,采用红外气体分析法(IRGA)原位连续测定树干表面CO2释放通量,同时测定树干液流速度及树干温度,通过Arrhenius方程拟合树干呼吸与树干温度的关系,进而通过质量平衡法计算RS和FT、△S。结果表明:EA,FT和△S占RS的比例是动态变化的,EA与树干内部CO2通量密切相关,FT和△S可影响EA,在24 h周期内EA占总呼吸量的65.10%~100%,FT占总呼吸量的1.86%~29.46%,储存通量占总呼吸量的0.42%~5.44%。个体之间,树干呼吸的各通量成分所占的比例不同,FT和△S是木本组织呼吸与树干表面CO2释放通量之间差别的重要影响因子,液流速度对液流中CO2运输通量(FT)的影响在树木个体间也存在差异。     

落叶松不同根序细根可溶性糖和淀粉浓度的差异和季节动态

非结构性碳水化合物是植物光合作用与生长利用之间主要的中间贮存物,在植物的生长和代谢过程中起着十分重要的作用。为了揭示落叶松(Larix gmelinii)根系根序间非结构性碳水化合物的分配及季节变化规律,探讨根系内可溶性糖和淀粉间的关系。本研究以落叶松根系为研究材料,在5~10月采集根系样品,采用根序法将细根分为1、2、3、4和5级,采用苯酚—浓硫酸方法和酶解法分别测定可溶性糖和淀粉浓度。结果表明:可溶性糖浓度在根序、月份及其交互差异性显著(P<0.001),1~5级根可溶性糖浓度的变化范围分别为4.42%~14.90%,4.35%~16.40%,5.67%~19.70%,5.91%~33.10%,6.95%~37.80%,不同根序可溶性糖浓度最大值均出现在7月。根序间淀粉浓度差异性不显著(P>0.05),月份间根系淀粉浓度差异显著(P<0.001),变化范围为23.36%~48.65%;淀粉浓度5~7月下降,随后上升,从8月份达到峰值,10月与5月差异不显著。研究结果可为阐明落叶松根系碳水化合物代谢和生长适应对策提供数据基础,对理解植物细根系统内部结构及功能异质性提供数据支撑。     

不同氮素浓度下CO2浓度、温度对蒙古栎(Quercus mongolica)幼苗叶绿素含量的影响

叶片中叶绿素含量在光合作用中的光吸收、传递和转换过程中起到重要作用。为了预测未来大气CO2浓度升高并伴随温度上升的情况下,植物在不同的氮素营养水平下光合能力的变化,做了在3种氮素水平下(15 mmol.L-1N,7.5 mmol.L-1N和不施氮)CO2倍增和温度升高4℃对蒙古栎一年生幼苗叶片中叶绿素含量的影响的实验。结果表明:氮素水平对叶绿素含量影响显著,在CO2倍增(700μmol.mol-1)、高温( 4℃)和正常温度、大气CO2浓度条件下,高氮素水平下的叶绿素含量明显高于正常氮素水平和不施氮;CO2浓度和温度对叶绿素含量的影响受到氮素的制约:在高氮的条件下CO2浓度倍增促进叶绿素a、b的合成,而且对叶绿素b合成的促进尤为显著;而温度升高4℃能够促进叶绿素a的合成,但是对叶绿素b含量的影响不显著。在正常氮素条件下叶绿素a、叶绿素b及总量各个处理间的差异均不显著;在不施氮的条件下,CO2倍增和升高适当的温度在一定的程度上可以促进叶绿素a的合成,不能同时保证叶绿素b的合成。CO2浓度升高明显导致蒙古栎幼苗对氮素水平的需求也增加,高温条件下的蒙古栎幼苗也在一定程度上增加了对氮素的需求。     

7个光响应曲线模型对不同植物种的实用性

光响应曲线研究方法被广泛应用在植物生理的研究中,但是在应用光响应模型拟合光响应数据时,往往只考虑到研究的目的,很少考虑到模型是否适用于所研究的植物。本文通过采用7个不同的光响应模型对白桦叶片和兴安落叶松针叶光响应曲线数据拟合的比较,发现不同模型对同一种植物光响应曲线的拟合结果存在着差异,同一模型对同种植物不同部位叶片光响应曲线的拟合效果也不同,所以在研究植物的光响应时,应考虑到所选光响应模型对该种植物的光响应情况的描述是否恰当。根据具体情况选择最佳模型,以最大限度地保证估测生理指标结果的精确性。     

4种桦树幼苗耐盐性分析与评价

耐盐植物引种和培育是开发利用盐碱地的主要方式,具有重要的研究价值。本试验以哈萨克斯坦引进的吉尔吉斯白桦（Betula kirghisorum）、欧洲白桦（B.pendula）、毛枝桦（B.pubescens）和本地的白桦（B.platyphylla Suk.）1年生幼苗为试验材料,于2014年7月在东北林业大学进行中性盐（NaCl）和碱性盐（NaHCO₃）的胁迫试验,测定生长量、光合参数和叶绿素含量,并通过因子分析法,对比评价4种桦树幼苗的耐盐碱能力,筛选出综合性状优良的桦树树种,为耐盐植物引种和培育提供有价值的数据。结果表明：随着盐浓度的升高,桦树幼苗的高生长和光合效率受到显著抑制,而当浓度≥0.5%时,大部分幼苗枯死。株高增长量、基径增长量、净光合速率（P_n）、光能利用效率（SUE）、羧化效率（CUE）、表观量子效率（AQY）及叶绿素含量之间的相关性多数达到了显著水平;最后利用因子分析法分别构建了0.1% NaCl、0.3% NaCl、0.1% NaHCO3和0.3% NaHCO₃胁迫处理的综合评价公式,并分别筛选出了综合性状相对优良的单株,其中NaCl胁迫下较优单株为32、33、34、35;NaHCO₃胁迫下较优单株为262、263、264、35。综合比较认为,吉尔吉斯白桦对低中浓度的中性盐的抗性最强,本地对照白桦对低中浓度碱性盐的抗性最强,而吉尔吉斯白桦和毛枝桦对高浓度碱性盐抗性较强。     

碱基切除修复基因Lig3对小鼠胚胎神经发育的影响

摘要 目的：DNA连接酶III（DNA ligase III, Lig3）基因是碱基切除修复通路中的关键基因,在胚胎发育过程中发挥重要作用,通过研究Lig3基因在叶酸代谢障碍状态下的表达情况,探讨其对小鼠胚胎神经发育的影响。方法：采用无特定病原体（specific pathogen free, SPF）级C57BL/6J成年小鼠（8-9周,18-20 g）,雌雄1:1合笼,孕鼠随机分为实验组和对照组,孕7.5天实验组腹腔注射4.5 mg/kg体重甲氨蝶呤（Methotrexate, MTX,二氢叶酸还原酶抑制剂）诱导产生叶酸代谢障碍的小鼠神经管畸形（neural tube defects, NTDs）模型,对照组腹腔注射等体积的生理盐水。孕10.5天体视显微镜下观察胎鼠的发育情况。同时利用200 nM的MTX建立叶酸代谢障碍的小鼠神经干细胞模型。在模型建立成功的基础上,应用实时荧光定量聚合酶链反应(Real time quantitative PCR,RT-qPCR)及免疫印迹（Western blot）等方法研究碱基切除修复通路相关基因Lig3的表达水平。结果：4.5 mg/kg 体重MTX处理孕鼠后胎鼠NTDs的发生率为31.1%（19/61）,而正常对照组未见胎鼠NTDs的发生。在体视显微镜下可见NTDs胎鼠神经管未闭合,而正常胎鼠发育完好。RT-qPCR检测发现叶酸代谢障碍小鼠NTDs 胚胎神经组织中Lig3 mRNA的表达水平明显低于对照组（P<0.05）。Western blot检测发现,与对照组相比,叶酸代谢障碍NTDs胎鼠神经组织中Lig3蛋白水平明显降低（P<0.05）。同时,在MTX处理的神经干细胞中,Lig3的表达水平明显低于对照组（P<0.05）。对凋亡相关蛋白Cleaved caspase-3进行检测发现MTX处理后的NTDs胎鼠神经组织及细胞模型中其表达均明显增加,表明细胞凋亡增加。结论：在叶酸代谢障碍前提下,Lig3表达降低,DNA修复功能减弱,细胞凋亡增加,导致NTDs的发生,为NTDs及出生缺陷的防控提供新思路。     

不同氮素浓度下CO2浓度、温度对蒙古栎（Quercus mongolica）幼苗叶绿素含量的影响

叶片中叶绿素含量在光合作用中的光吸收、传递和转换过程中起到重要作用。为了预测未来大气CO2浓度升高并伴随温度上升的情况下,植物在不同的氮素营养水平下光合能力的变化,做了在3种氮素水平下（15mmol·L^-1 N,7.5mmol·L^-1 N和不施氮）CO₂倍增和温度升高4℃对蒙古栎一年生幼苗叶片中叶绿素含量的影响的实验。结果表明：氮素水平对叶绿素含量影响显著,在CO₂倍增(700μmol·mol^-1)、高温(+4℃)和正常温度、大气CO₂浓度条件下,高氮素水平下的叶绿素含量明显高于正常氮素水平和不施氮;CO₂浓度和温度对叶绿素含量的影响受到氮素的制约：在高氮的条件下CO₂浓度倍增促进叶绿素a、b的合成,而且对叶绿素b合成的促进尤为显著;而温度升高4℃能够促进叶绿素a的合成,但是对叶绿素b含量的影响不显著。在正常氮素条件下叶绿素a、叶绿素b及总量各个处理间的差异均不显著;在不施氮的条件下,CO₂倍增和升高适当的温度在一定的程度上可以促进叶绿素a的合成,不能同时保证叶绿素b的合成。CO₂浓度升高明显导致蒙古栎幼苗对氮素水平的需求也增加,高温条件下的蒙古栎幼苗也在一定程度上增加了对氮素的需求。     

不同地理种群两针松光合和生长特性的差异

为认识两针松中的赤松（Pinus densiflora）、长白松（Pinus sylvestris var. sylvestriformis）和樟子松（Pinus sylvestris var. mongolica）光合作用对环境变化的响应和适应特征,在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的9个地理种群,采集成熟种子并播种于东北林业大学温室,2 a后,测定针叶的光合能力及其相关因子,并同时测定幼苗的株高和基径,比较种间和地理种群间差异。结果表明：赤松、长白松和樟子松种间最大光合速率（p=0.34）、呼吸速率（p=0.15）和表观量子效率（p=0.18）的差异均不显著;地理种群间表观量子效率（AQY）差异显著(p=0.08),其中兴凯湖种群表观量子效率最高,为0.084 5±0.002 4 mol CO₂·mol^-1 photons,较其他种群高13.10%~159.23%。地理种群间呼吸速率(R_d)差异显著(p=0.01),黑河和兴凯湖种群的呼吸速率最高（分别为1.62±0.18 μmol CO₂·m^-2·s^-1,1.52±0.30 μmol CO₂·m^-2·s^-1）,安图和东宁种群的呼吸速率最低,分别为0.40±0.01 μmol CO₂·m^-2·s^-1,0.34±0.03 μmol CO₂·m^-2·s^-1。地理种群间最大净光合速率(P_max)差异显著(p=0.02),其中兴凯湖、东宁、韩国、鸡东、二道白河、红花尔基种群的最大光合速率差异不显著,均值为18.36±1.81 μmol CO₂·m^-2·s^-1,高于安图、漠河、黑河种群。安图、漠河、黑河种群间最大光合速率差异不显著,均值为12.57±0.86 μmol CO₂·m^-2·s^-1。地理种群间的株高和基径差异均显著,其中韩国种群株高最高,黑河种群最低;基径兴凯湖种群最高,安图种群最低。株高和基径最大值约为最小值的3倍。两针松针叶的光合能力及其一些相关因子的地理种群间差异可能是其光合机构对种源地环境条件长期生理适应的结果。