基于指标自动筛选的新疆开孔河流域生态健康评价

生态健康评价对了解区域生态健康状况和促进区域可持续发展具有重要意义,如何自动筛选出能反映生态系统特性的重要指标,是生态健康定量评估的关键问题。基于压力-状态-响应(PSR,Press-State-Response)框架和生态等级网络框架(EHN,Ecological Hierarchy Network),通过文献调研和因果分析建立要素层与指标层之间的交叉联系,构建了生态健康评价"网状"指标体系;在保证指标体系完备性基础上,通过结合主成分分析和熵权法的候选指标权重的客观计算,基于目标优化理论构建了评价指标的自动筛选模型,并基于中选指标计算了新疆开孔河流域2001—2017年生态健康指数(EHCI,Ecological Health Comprehensive Indexes),分析其空间分异和时间变化特征。结果表明:利用所建立的评价指标自动筛选模型,开孔河流域生态健康评价指标由31个候选指标自动筛选出了17个中选指标,用54.8%的指标表达了85.98%的信息,中选的17个指标在干旱/半干旱区域有关文献中应用较多,使用频次比例都在20%以上,其中归一化植被指数(NDVI,Normalized Difference Vegetation Index)、年降水量和植被覆盖度(FVC,Fractional Vegetation Coverage)3个指标的使用频次百分比均超过了50%,说明指标自动筛选模型的合理性;开孔河流域空间分布差异显著,总体上西北高、东南低,东南部和中部绿洲区外围生态健康状况较差,西北部河谷地带和中部两大绿洲区生态健康状况较好;17年来,流域生态质量整体趋于改善,显著改善区域占10.26%,远高于显著退化的1.61%,显著改善区域以孔雀河绿洲最为明显。开孔河流域生态健康的总体好转趋势说明区域生态综合治理取得一定成效。     

黄土丘陵区撂荒群落演替序列种根系对氮素施肥方式和水平的形态响应

采用盆栽试验,研究了黄土丘陵区撂荒群落演替序列种(即,黄土丘陵区摞荒群落演替主要阶段的优势种)根系对氮素施肥方式和水平的形态响应,对了解我国氮沉降增加背景下的群落生态效应及人为施肥干扰促进植被恢复具有较好的理论和实践意义。测试并分析了6个演替序列种在不同施氮方式(匀质和异质施氮)和水平(高、低和无氮对照)条件下植株个体生物量指标(地上及地下生物量和根冠比)、根系形态指标(根长、直径、表面积、比根长和比表面积)的变化及其差异显著性;并且利用根钻法和单样本T检验比较了异质施氮方式下施氮斑块与不施氮斑块根系形态指标的差异。结果表明:1)6种演替序列种地上、地下生物量和根冠比存在种间固有差别,施氮方式和水平整体上对三者无显著影响;施氮方式和植物种类对根冠比存在显著交互作用,说明个别种的根冠比对施氮方式响应明显,其中猪毛蒿根冠比在异质施氮方式下显著高于匀质施氮。2)6种演替序列种根系塑形指标包括比根长、比表面积和直径存在种间差别,并且施氮水平对比根长影响显著,高、低施氮水平下比根长都显著低于不施氮对照。3)狗尾草和铁杆蒿分别在异质高氮和异质低氮条件下施氮斑块根系生物量密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿在异质高氮条件下施氮斑块发生了更多的伸长生长,其根长、根表面积、比根长和比表面积在施氮斑块中的密度显著高于未施氮斑块;猪毛蒿和狗尾草在异质高氮条件下,以及白羊草在异质低氮条件下,其根系直径在施氮斑块显著小于未施氮斑块。从根系形态变化敏感性和施氮对促进植物生长来看,演替过程中演替序列种对施氮响应的敏感性总体上呈降低趋势,前期种对施氮响应更敏感,从施氮获利也更多,因而恢复前期进行人为干扰促进植被恢复效果也会更好。     

Effects of the supply levels and ratios of nitrogen and phosphorus on seed traits of Chenopodium glaucum

全球氮沉降不仅改变土壤氮和磷的有效性, 同时也改变氮磷比例。氮磷供应量、比例及其交互作用可能会影响植物种子性状。该研究在内蒙古草原基于沙培盆栽实验种植灰绿藜(Chenopodium glaucum), 设置3个氮磷供应量水平和3个氮磷比例的正交实验来探究氮磷供应量、比例及其交互作用对灰绿藜种子性状的影响。结果发现氮磷供应量对种子氮浓度、磷浓度和萌发率影响的相对贡献(15%-24%)大于氮磷比例(3%-7%), 而种子大小只受氮磷比例的影响。同时氮磷供应量和比例之间的交互作用显著影响种子氮浓度和磷浓度。同等氮磷比例情况下, 低量养分供应提高种子氮浓度、磷浓度和萌发率。氮磷比例只有在养分匮乏的环境中才会对种子大小和萌发率产生显著影响。总之, 灰绿藜种子不同性状对氮或磷限制的敏感性不同, 同时种子性状也对养分限制表现出适应性和被动响应。     

水杨酸调控盐胁迫下羽衣甘蓝种子萌发的机理

盐胁迫是植物种子萌发与植株生长的重要限制因子。以羽衣甘蓝(Brassica oleracea var.acephala)名古屋为材料,研究不同盐分对其种子萌发的影响,探索水杨酸(SA)及其合成抑制剂氨基茚磷酸(AIP)处理对羽衣甘蓝种子萌发的调控效应。实验结果表明,150与200 mmol·L^–1 NaCl处理后的羽衣甘蓝种子活力显著降低。盐胁迫显著降低种子的吸水速率、种子活力与幼苗质量,降低苯丙氨酸裂解酶活性与内源SA含量,提高过氧化氢(H2O2)与超氧阴离子(O2^–.)含量。SA可以缓解盐胁迫对羽衣甘蓝种子活力的抑制作用,通过促进内源SA合成,从而提高种子吸水率与种子活力,促进种子对K^+、Mg^2+的吸收,降低Na+含量。此外,外源施加SA能够显著增强超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性,降低H2O2与O2^–.的积累。相反,氨基茚磷酸(AIP)处理能够增强盐胁迫对种子萌发的抑制作用,推测这与AIP处理能够显著降低种子内源SA含量密切相关。研究表明外源SA主要通过提高保护酶活性、降低活性氧积累和维持体内离子平衡来增强羽衣甘蓝的耐盐性。     

植物凝集素类受体蛋白激酶研究进展

自然界中植物的生长发育受到各种环境变化的影响。为了响应外界各种环境条件,植物演化出一系列识别和传递环境信号的蛋白分子,其中比较典型的是植物细胞质膜上的类受体蛋白激酶(RLKs)。凝集素类受体蛋白激酶(LecRLKs)是类受体蛋白激酶家族中的一个亚族,它主要包含3个结构域:细胞外凝集素结构域、跨膜结构域和细胞内激酶结构域。根据细胞外凝集素结构域的不同,LecRLKs可分为3种不同类型:L、G和C型。近年来,研究表明LecRLKs在植物生物/非生物胁迫和发育调控中发挥非常重要的作用。该文综述了植物凝集素类受体蛋白激酶的研究历史、结构特点、分类以及生物学功能,并重点阐述凝集素类受体蛋白激酶在植物生物/非生物胁迫响应和调控发育方面的功能。对不同类型和不同功能的植物凝集素类受体蛋白激酶进行阐述将有利于对该类蛋白开展功能研究,并为作物改良提供有益借鉴。     

Effects of long-term flooding on respiratory metabolism of Taxodium ‘Zhongshansha 118’ seedlings

Aims Taxodium ‘Zhongshansha’ had a strong submergence tolerance, but the biological mechanism is not clearly defined. The respiratory metabolism for the tolerance of Taxodium ‘Zhongshansha 118’ ((Taxodium distichum × Taxodium mucronatum) × Taxodium mucronatum) to long-term flooding was investigated through the measuring and analyzing the changes in root starch and soluble sugar as well as the contents of anaerobic respiration enzymes, including lactic dehydrogenase (LDH), ethanol dehydrogenase (ADH) and pyruvate decarboxylase (PDC)), in the ‘Zhongshansha 118’ seedling. The biomass and activities of the seedling roots were also measured and analyzed.Methods 24 1-year Taxodium ‘Zhongshansha 118’ seedlings were randomly and equally divided into four groups and each group experienced one of four different levels of flooding (i.e., no flooding, waterlogging, partial submergence, deep submergence) from August 8 to November 8, 2014.Important findings The results showed that the contents of the anaerobic respiration enzymes in the seedling roots and leaves are increasing with the levels of severity of flooding, which indicated the roots and leaves adapt to long-term flooding by reinforcing their anaerobic respiration and activities of ADH that were higher than LDH for roots and leaves used in alcoholic fermentation mainly. The activities of anaerobic respiration enzymes in leaves were higher than that in roots, while leaves were more sensitive to flooding. The starch and soluble sugar in roots and leaves had similar trend with anaerobic respiration enzymes. However, roots starch was higher than leaves where soluble sugar was lower than roots. The higher content of starch were the important reason of strong submergence tolerance, and we consider the strategy to fit into long-term flooding is patience type. The paper demonstrate Taxodium ‘Zhongshansha 118’ have the physiological and the morphological properties to adapt to long-term flooding, including aerial root and basal part of stem expanded and the outer wall of the root lignified to protect the roots from flooding.     

NaCl胁迫对星苹果叶片生理特性的影响

为研究星苹果Chrysophyllum cainito的耐盐能力及其在NaCl胁迫下的生理特性变化,以0、0.2%、0.4%、0.6%NaCl溶液分别对盆栽幼苗进行胁迫处理,测定叶片的叶绿素、渗透调节物质、丙二醛含量及抗氧化物酶活性。结果表明,在NaCl胁迫下,星苹果叶片的叶绿素合成受到明显抑制;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)的活性随NaCl浓度增加而呈现先降后升现象;过氧化氢酶(CAT)活性则是先升后降,在0.2%NaCl处理时达最高;可溶性蛋白含量与处理浓度呈负相关;脯氨酸、可溶性糖含量和对照相比有显著增加,两者在胁迫过程中起着重要的渗透调节作用。