沙冬青AmNAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能鉴定

为了研究强抗逆植物沙冬青Am NAC3转录因子基因在抗旱性和抗寒性中的功能,首先利用半定量RT-PCR方法对该基因进行了表达分析。结果表明,在室内培养的沙冬青幼苗中,Am NAC3有一定量的基础表达,在干旱胁迫下其转录水平明显上调,而在低温胁迫下其表达上调较弱。然后利用5'RACE技术获得该基因的5'端序列及全长cDNA序列,并利用RT-PCR方法克隆到其全长编码区(846bp)。将编码区片段构建到植物表达载体上,利用农杆菌介导法获得转基因拟南芥。进一步分析表明,转基因拟南芥对于干旱和低温胁迫的抗性表型与野生型无明显差异,但其离体叶片的失水率和气孔开度均大于野生型。此外,转基因幼苗中气孔开闭相关基因ABI1和ABI2的表达量降低。这些结果表明,Am NAC3可能主要在响应干旱胁迫和调节气孔开闭及叶片保水性中发挥功能,而在抵抗低温胁迫中无明显作用。     

异质性水分环境中克隆整合对活血丹生物量分配及叶片结构特征的影响

喀斯特石漠化环境有着高度的生境异质性,异质性生境中土被不连续,土壤瘠薄,岩溶漏斗上的土壤保水性差,严重制约着喀斯特植被的生长及分布。为探究克隆植物在喀斯特地区的适应策略,本研究以喀斯特黄色石灰土为基质,选用克隆植物活血丹（Glechoma longituba）,以一个节间连接的两个分株为材料,保持节间连接或切断,种植于相邻花盆中,并施以不同浇水量,以明确不同水分可用性水平下克隆整合对活血丹生物量积累、生物量分配、叶片气孔及叶片组织特征的影响。结果显示,克隆整合显著促进活血丹生物量的积累及对根、叶的生物量分配;增加了活血丹叶气孔导度,降低了气孔指数;叶海绵组织受克隆整合影响较小,但栅栏组织及栅海比（栅栏组织/海绵组织）表现为非整合分株高于整合分株。本研究表明,克隆整合可增加活血丹胁迫分株对根、叶的投资,并以更佳的叶气孔、组织适应策略提高其在喀斯特生境中的生存与适应。     

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。     

高粱、紫苏叶脉密度与光合特性的关系

叶脉是植物叶片光合作用水分输送的重要结构。为阐述叶脉与光合特性之间的关系,以C4植物高粱(Sorghum bicolor)、C3植物紫苏(Perilla frutescens)为实验材料研究了叶脉密度和光合特性之间的关系。结果表明,与紫苏相比,高粱叶片叶脉密度大,导水能力强,蒸腾速率高,但气孔密度小。进一步分析表明,高粱叶片近轴侧气孔密度占总气孔的比例明显高于紫苏。叶脉密度大的高粱具有较高的净光合速率;而紫苏叶脉密度小,净光合速率也较低。由此表明,较高的叶脉密度有利于支持较高的光合速率,但研究表明叶脉密度和气孔密度可能不存在严格的协同变异关系。研究结果对理解植物光合作用适应有重要意义。     

不同污染程度下毛白杨叶表面PM2.5颗粒的数量及性质和叶片气孔形态的比较研究

选择了北京市环境PM_(2.5)浓度不同的两个采样点的毛白杨(Populus tomentosa Carr.)作为研究对象,利用环境扫描电镜及X-射线能谱仪对杨树叶片表面滞留的PM_(2.5)颗粒进行了观察、统计和成分分析,并研究了叶片气孔对环境颗粒物污染的适应性变化。结果表明:夏秋两季西直门叶片样品上下表面的PM_(2.5)数量均多于森林公园样品这说明环境PM_(2.5)浓度是影响叶片表面滞留颗粒物数量的主要原因;其中叶片上表面是滞留PM_(2.5)颗粒的主要区域。森林公园样品中PM_(2.5)颗粒性质比较单一,硅铝酸盐颗粒和石英颗粒占很大比例,二者的主要来源均为天然源,如土壤扬尘、矿物颗粒等;而西直门采样点叶片样品滞留的PM_(2.5)颗粒的元素组成更为复杂,其中50%以上的硅铝酸盐颗粒检测出了明显的铜、钾、氯、钠等元素的谱峰其来源主要是工业排放;西直门样品PM_(2.5)的含硫量高于森林公园样品,且夏季明显高于秋季。研究还发现有少数PM_(2.5)颗粒进入了毛白杨叶片的气孔而且不同污染程度下气孔的形态特征存在差异。与森林公园毛白杨叶片的气孔相比,西直门处的毛白杨叶片气孔的长度、宽度、面积和气孔密度均较小,说明较高的PM_(2.5)污染程度对毛白杨叶片的形态发育有一定影响。研究结果可以为揭示植物叶片阻滞、吸收大气颗粒污染物的机制、合理选择和优化城市绿化树种从而改善空气质量提供一定的科学理论依据。     

沙埋对两种一年生藜科植物存活及光合生理的影响

为了解沙埋对沙生植物存活的影响及其光合生理响应特征,比较不同藜科沙生植物耐沙埋能力及其光合响应,在内蒙古科尔沁沙地研究了沙米(Agriophyllum squarrosum)和大果虫实(Corispermum marocarpum)在不同沙埋深度下第5、10、15天的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化,并于植物生长末期对存活率进行了测定。结果表明:沙米较大果虫实具有较强的耐沙埋能力,其中沙米幼苗最大耐沙埋深度超过苗高10 cm,大果虫实在埋深等于其苗高时全部死亡;随沙埋深度增加,沙米和大果虫实的存活率均显著下降,但沙米的下降幅度明显小于大果虫实;沙埋后,2种植物的气孔关闭或开放程度减小,通过降低蒸腾速率和提高水分利用效率来适应沙埋胁迫;随着沙埋胁迫的加剧,2种植物的净光合速率下降,表明沙埋胁迫对植物的光合作用破坏较大;相比于大果虫实,沙米对于沙埋胁迫有着更好的光合适应,随着胁迫的时间增加,其净光合速率有所恢复。     

13种栎属植物叶片的气孔特征及其相关性分析和分类学意义

以13种栎属(Quercus Linn.)植物〔包括产自辽宁省的槲栎组(Sect. Quercus)8种和麻栎组(Sect. Aegilops)2种以及引自北美洲的沼生栎组(Sect. Erythobalanus)2种和引自波兰的白栎组(Sect. Lepidabalanus)1种〕为试材,观察了这些种类叶片的气孔形态,并分析了气孔器和气孔的形态参数,还对各形态参数间的相关性进行了分析;在此基础上,对13种栎属植物进行了聚类分析。结果表明：栎属植物叶片的气孔仅分布于下表皮;气孔器排列属无规则型;气孔保卫细胞呈肾形,内壁加厚;气孔下陷,呈椭圆形或狭长椭圆形。供试种类的气孔和气孔器的形态参数差异明显,变异系数差异较大;气孔器的长轴长度、短轴长度和面积分别为18.24~27.46μm、14.63~23.18μm和221.56~501.70μm2,变异系数分别为7.73%~15.90%、7.10%~17.44%和14.13%~32.73%,气孔器指数为0.73~0.85;气孔的长轴长度、短轴长度、面积和密度分别为8.69~15.41μm、1.94~8.49μm、15.15~104.93μm2和462.32~984.44 mm-2,变异系数分别为12.03%~22.17%、13.65%~34.10%、27.95%~54.13%和8.10%~16.99%,气孔指数为0.22~0.57;总体上,按照多数气孔器和气孔参数从大至小的变化趋势依次排序为沼生栎组、白栎组、麻栎组、槲栎组。相关性分析结果表明：供试种类的气孔密度与气孔器和气孔的长轴及短轴长度均呈极显著(P<0.01)负相关;气孔器面积与气孔器指数和气孔指数分别呈极显著和显著(P<0.05)正相关;气孔面积与气孔器和气孔的长轴和短轴长度、气孔器指数和气孔指数呈极显著正相关,但与气孔密度呈显著负相关。聚类分析结果表明：在欧氏距离10处可将13种栎属植物分为3类,第Ⅰ类包含槲栎组的8种,第Ⅱ类包含麻栎组和白栎组的3种,第Ⅲ类包含沼生栎组的2种。研究结果显示：栎属植物叶片的气孔特征具有一定的稳定性,可作为栎属植物组间分类及亲缘关系分析的依据之一。     

青藏高原草地双子叶植物叶片的气孔特征研究

利用光学显微镜对青藏高原29种草地双子叶植物叶片的气孔形态与数量特征进行观察及差异显著性分析,为揭示青藏高原草地双子叶植物对高原环境的适应机制及探索气孔作为辅助分类的依据奠定理论基础。结果表明:(1)青藏高原草地双子叶植物大多数种类在叶片上、下表皮均分布有气孔,气孔随机排列,气孔器多为无规则型。(2)气孔长度(SL)较小,上、下表皮的气孔平均长度分别为26.20μm与25.56μm,且气孔密度(SD)与气孔指数(SI)相对较大。(3)不同科、属、种间叶片上、下表皮的SL、SD、SI差异均极显著。(4)叶片上、下表皮的6个气孔数量特征之间具有显著相关关系。(5)上表皮的SL、SD与不同科、属、种间显著相关,下表皮除SI与物种间相关不显著外,其他指标与科、属、种间显著相关。研究认为,青藏高原草地双子叶植物独特的气孔形态与数量特征是对高寒极端环境长期适应的结果,且气孔数量特征对植物辅助分类具有重要价值。     

关于“探究叶片气孔数目”实验的拓展

充分利用现有实验设备,以教材“气孔数目测定“实验为基础,教师大胆拓展实验资源,指导学生用显微观察法、称量法、热水浸泡法等多种方法对同一课题进行探究,并选择睡莲、大叶黄杨等生活环境不同的材料开展实验研究。旨在提高学生学习兴趣,培养学生能力,开发课程资源。     

基于叶片尺度观测数据的气孔导度模型评价

气孔导度(g)是控制冠层与大气之间能量和水分交换的重要因素。空气湿度是控制植物叶片气孔导度的一个关键环境因子。在过去的十几年中,普遍得到应用的是Ball-Woodrow-Berry(BWB)模型和Leuning模型中气孔导度与湿度的关系。本研究使用一个诊断变量f(H),基于农田叶片水平的光合-气孔导度观测数据,对BWB模型、Leuning模型以及新发展的power-h模型和power-D模型进行了气孔导度模拟效果的比较和评价。结果表明:BWB模型描述的是g和相对湿度(hs)之间的一种线性关系,当空气较为湿润时,模拟结果存在较大的低估;Leuning模型中反映的是g与饱和水汽压差(Ds)的非线性函数,降低了模拟结果的误差,但仍然不能很好地描述g在较湿状况下的显著升高;相比之下,两个新的模型,即Ds的指数函数和(1-hs)的指数函数形式模型能提高模拟结果的精度。这个研究结果也表明基于Ds的模型模拟效果要好于基于hs的模型。