植物生理学研究中的压力探针技术

压力探针技术是一种用来测定微系统中压力大小和变化的新技术。其最初被设计用于直接测定巨型藻类的细胞膨压。随着操作装置的进一步微型化和精密化,后来被应用于测定普通高等植物细胞膨压及其它水分关系参数。该技术的发展建立在一系列相应的流体物理学理论基础上。通过这些物理学公式的计算,该技术能测定跨细胞膜或器官的水分运输速度以及它们的水力学导度;测定溶液中水分和溶质的相对运输速度以及它们之间的相互影响;还可以测定细胞壁的刚性等。目前压力探针技术已成为植物生理学和生态学领域研究中的多用途技术。它可以在细胞水平上原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况,这对于阐明水通道功能具有极其重要的意义。此外,木质部压力探针技术是目前唯一可以直接测定导管或管胞中负压的工具。该技术还可以用于单细胞汁液的样品采集,结合微电极技术测定导管或其它细胞中的pH值、离子浓度以及细胞膜电位。本文重点介绍该技术使用的基本原理和相应的理论基础,并详细地描述了操作过程中的技术和技巧。     

虫害叶损失造成的树木非结构性碳减少与树木生长、死亡的关系研究进展

大规模虫害爆发可造成区域森林死亡, 近年的气候变化进一步增加了虫害的频度和危害程度。森林和林地植物死亡会导致植被生产力降低, 改变生态系统结构和功能, 使森林由一个净的碳汇转变为一个碳源。因此, 加深虫害对树木危害机制的认识有重要意义。虫害造成的叶损失(虫害叶损失)降低树木光合作用能力, 增加非结构性碳(NSC)消耗, 使得树木体内碳储备降低, NSC降低到一定程度会导致树木因碳饥饿而死亡。外部环境和树木自身的补偿性机制也会对这个过程产生正或负的影响。在近年气候变化背景下, 树木死亡在全球尺度上增多, 重新激起了人们对碳饥饿的重视, 碳饥饿被视为解释树木死亡的主要生理机制之一。该文介绍了碳饥饿的定义, 综述了虫害叶损失减少树木NSC储备与树木生长、死亡的关系, 以及树木虫害和叶损失与气候变化之间的关系, 并对今后的研究进行了展望。     

华北石质山区核桃-绿豆复合系统氘同位素变化及其水分利用

通过对比核桃枝条和绿豆茎内δD值差异来分析核桃和绿豆水分来源和利用。结果表明,核桃-绿豆农林复合系统的根系在表层土壤(0—30cm)中交叉存在,生态位重叠。旱季中表层土壤含水量与δD值之间存在显著的负相关关系(R2=0.77,P=0.02),雨季相关关系不显著(R2=0.03,P=0.73)。δD值分析表明,旱季中核桃利用深层土壤(30—80cm)水分占总水分来源的51%以上,雨季中则主要利用浅层土壤水分,间作绿豆和单作绿豆主要利用表层土壤水分。雨季中表层土壤水分能同时满足核桃和绿豆生长需要,但复合系统中光能竞争导致间作绿豆光合速率显著地低于单作绿豆。旱季间作绿豆0—20cm土壤水分含量、凌晨叶片水势和光合速率明显高于单作绿豆,显示间作绿豆体内水分状况好于单作绿豆。线性模型分析结果显示间作绿豆体内约有1.58%—5.39%的水分来核桃夜晚水力提升,表明复合系统在旱季一定程度上缓冲季节性水分胁迫对农作物生长的影响。     

压力探针技术在植物水分关系研究中的运用

压力探针（pressure probe）技术最初设计时用于测定巨型藻类细胞的膨压,后来转到对高等植物细胞的膨压及其他水分关系参数的测定,现在已发展成为植物生理学和生态学研究中的一种多用途技术。它可以在细胞原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况。能够在不离体的植物中测定水通道的活性。新近发展的木质部压力探针是惟一可以直接测定导管或管胞中负压的技术。文章介绍该技术基本原理及其在植物水分生理学研究中的应用。     

新疆甘家湖梭梭林自然保护区植物组成及地理成分分析

根据野外调查、标本鉴定及查阅文献,对新疆甘家湖梭梭林自然保护区植物组成、地理成分进行了研究。结果显示:保护区共有维管植物62科236属448种,其中蕨类植物2科2属3种,裸子植物1科1属4种,被子植物59科233属441种。藜科、菊科、禾本科、十字花科、豆科为优势科,所含属、种数占该保护区总数的49.15%和51.12%;属内种数的变化范围为1~13种,仅含1种的属最多,有144个,占总属数的61.02%。植物生活型组成多样,草本375种、灌木65种、乔木5种、藤本3种,分别占保护区总种数的83.71%、14.51%、1.12%和0.67%。植物群落组成简单,以梭梭群落(Form.Haloxylon ammodendron)、白梭梭群落(Form.Haloxylon persicum)为主,它们与超旱生、旱生灌木、小灌木、草本等组成荒漠植被。保护区种子植物60科可划分为4个分布区类型和7个变型,以温带地理成分为主(14科),占保护区非世界分布的56.00%;234个属可划分为12个分布区类型和12个变型,其中北温带分布及其变型73属,占保护区非世界分布的37.44%,地中海、中亚、东亚分布在此地交流融合,缺乏热带成分,具强烈的温带荒漠性质。     

广西猫儿山不同海拔常绿树种和落叶树种光合速率与氮的关系

分析广西猫儿山不同海拔常绿和落叶树种的光合作用-氮关系,探讨光合氮利用效率(PNUE)是否受到叶片习性和海拔的影响。落叶树种的PNUE都显著高于常绿树种,这与前者有较低的比叶重(LMA)和较高的单位叶重光合速率(Amass)、氮含量和气孔导度(gs)有密切关系。高海拔树种的PNUE显著低于中低海拔树种的PNUE,这与前者较高的LMA和较低的Amass和gs相关。PNUE和相关的叶片特征的主成分分析表明常绿-落叶树种和低海拔-中海拔-高海拔树种的分布是一个自然过渡的过程。此外,PNUE与土壤碳:氮比没有显著相关性,但与年均温正相关,这表明温度气候是调节PNUE沿海拔变化的主要环境因素。因此,这种叶片习性和温度气候调节的PNUE变化可能是调节猫儿山常绿树种沿海拔形成双峰分布的一种机制。     

固氮植物绿豆对核桃幼苗生长、叶片气孔气体交换及水力特征的作用

采用砂培方法, 在温室内将一年生核桃(Juglans regia)嫁接苗木和绿豆(Vigna radiata)进行间作, 研究绿豆对核桃苗木生长、水分平衡和光合特性的影响。该研究设有5种处理, 即: 对照(核桃单作, 正常供应氮素); 核桃单作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 不添加氮素; 核桃绿豆间作, 正常供应氮素; 绿豆单作, 不添加氮素。结果显示: 种植绿豆可以增加土壤氮含量和核桃茎内氮含量, 但对核桃叶和根系中的氮含量影响不明显。种植绿豆显著增加不施氮核桃的高生长和直径生长, 但降低了正常供氮核桃的生长。无论种植绿豆与否, 不供氮处理降低了核桃的总叶面积, 提高了根冠比。核桃叶片气孔气体交换对各处理的响应和生长有相同的趋势。缺氮显著降低了核桃叶柄在中午的导水率、提高了导水损失率; 种植绿豆显著提高不供氮核桃的导水率而且明显降低了其导水损失率。然而, 种植绿豆使正常供氮的核桃降低了导水率, 加剧了导水损失率。同时, 绿豆受到间作的竞争压力, 产量和生物量有所下降。由研究结果可知, 在贫瘠的土壤上, 固氮植物绿豆改善了间作的核桃的氮营养, 有益于核桃木质部发育、水分平衡以及光合代谢。但是在氮充足的土壤中, 种植绿豆反而降低了核桃的水分供应, 影响其气体交换和生长。     

干旱胁迫对转PtPIP2;8基因84K杨苗木光合、生长和根系结构的影响

为研究水通道蛋白PtPIP2;8基因功能, 了解其不同表达水平的转基因84K杨(Populus alba × P. glandulossa)应对干旱胁迫的响应, 该文以转PtPIP2;8 84K杨抑制表达株系(抑制表达)、野生型(WT)和转PtPIP2;8 84K杨超表达株系(超表达)为试验材料, 测定PtPIP2;8表达水平、根系导度、光响应曲线、气体交换参数、生长及根系形态指标。结果显示: (1) WT植株PtPIP2;8仅在根系表达; 超表达植株PtPIP2;8除在根部显著表达外, 在茎和叶片中也显著表达; 抑制表达植株PtPIP2;8仅在根部有微量表达, 表达量分别是WT和超表达植株的1/20和1/80。(2)根系结构分析发现, 超表达植株总根长、总根表面积、总根体积、总根尖数显著低于WT和抑制表达植株, 根系导水率显著高于WT和抑制表达植株, 表明PtPIP2;8参与了植物根系水分运输, 提高了水分运输效率。(3)正常水分条件下, 抑制表达植株苗高、叶面积显著低于WT和超表达植株, 根冠比显著高于WT和超表达植株。干旱胁迫后, 抑制表达植株净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)下降幅度小, 仍能维持较高的P_n。气体交换参数显示抑制表达植株P_n、G_s日变化为“单峰”型, 属气孔因素引起的净光合速率下降;WT和超表达植株P_n、G_s日变化为“双峰”型, 干旱胁迫后, 抑制表达植株P_n略微下降, WT和超表达植株P_n均下降, 尤其是13:00、15:00下降显著, 表明WT和超表达植株对干旱胁迫更加敏感, 干旱对其影响更大。(4)干旱胁迫后, 抑制表达植株相对生长速率、总生物量降低的最少, 根冠比最高; 总根表面积、总根体积、总根尖数显著高于WT植株。表明PtPIP2;8直接参与水分运输并提高水分运输效率, 其转化影响了植株根系发育和生长。超表达植株根系发育的下降和叶面积的增大减弱了它的抗旱性, 而抑制表达植株矮小, 降低的叶面积, 增加的根系生长和根冠比提高了它的抗旱能力。从研究结果来看, 水通道蛋白提高了水分跨膜运输效率, 而非水通道蛋白导水机制对干旱有较强的耐受性。     

广西猫儿山不同海拔常绿和落叶树种的营养再吸收模式

土壤养分供给性大小是否影响植物氮和磷再吸收效率仍存在争议。调查了广西猫儿山不同海拔常绿和落叶树种成熟和衰老叶片的氮和磷含量,探讨营养再吸收是否受到叶片习性和海拔的影响。所有树种氮和磷再吸收效率的平均值分别为56.5%和52.1%。常绿树种比落叶树种有显著较高的氮再吸收效率(P0.001)和磷再吸收效率(P0.01),这与前者有较低的衰老叶片氮和磷含量密切相关。随着海拔的上升,氮再吸收效率显著下降(P0.01),磷再吸收效率显著提高(P0.05)。氮再吸收效率与土壤氮:磷比(r=-0.41,P0.05)和成熟叶片氮:磷比(r=-0.37,P0.05)负相关,磷再吸收效率与土壤氮:磷比(r=0.44,P0.05)和成熟叶片氮:磷比(r=0.47,P0.01)正相关,表明了树种对低海拔氮限制的适应逐渐转变为对高海拔磷限制的适应。此外,氮再吸收效率与年均温正相关(r=0.43,P0.05)而磷再吸收效率与年均温负相关(r=-0.45,P0.01),这表明气温也是调节树木营养再吸收格局的重要影响因素。不同海拔树种氮和磷再吸收模式的差异可能是引起广西猫儿山常绿树种沿海拔形成双峰分布的原因之一。     

杨品种‘84K’光合生理的不同过程对干旱和复水的响应

以杨品种‘84K’(Populus alba×P. glandulosa)为材料,对其干旱胁迫及复水后光合生理特性的变化进行了研究。结果显示,在干旱胁迫及复水过程中,杨品种‘84K’光合作用相关的主要反应对此过程响应不同步。在干旱胁迫过程中,‘84K’的羧化反应速度、气孔导度(Gs)、叶肉导度(Gm)均显著下降,但前者下降幅度小于后两者,此时的光合作用主要受Gs和Gm制约。复水之后,Gm很快得到恢复,而光化学淬灭过程、羧化反应速度均没有恢复到对照水平,此时是光化学淬灭和(或)羧化反应制约了‘84K’的碳固定及光合作用。