毛白杨杂种无性系叶片δ13C差异与气体交换参数

在苗木生长的不同时期对13个毛白杨(Populus tomentosa)杂种无性系叶片碳同位素δ¹³C和气体交换参数(净光合速率P_n、蒸腾速率T_r、瞬时水分利用效率WUE_i、气孔导度G_s和胞间CO₂浓度C_i)的差异进行研究, 分析不同无性系间δ¹³C与气体交换参数的相互关系, 目的在于探求δ¹³C在筛选高光合及高水分利用效率毛白杨杂种无性系中的应用价值。结果表明: 不同生长时期和不同无性系间δ¹³C、T_r、WUE_i、G_s和C_i的差异均显著, δ¹³C和WUE_i表现为9月>7月, T_r、G_s和C_i表现为7月>9月, P_n在不同生长时期差异不显著。季节变化是引起毛白杨杂种无性系叶片δ¹³C差异的主要原因。同一时期, 无性系间δ¹³C和WUE_i表现出较好的一致性, 即WUE_i较高的无性系30、42、46、83、BL2和BL5, 其δ¹³C值也较高, WUE_i较低的无性系B331和TG34, 其δ¹³C值也较低, 且不同时期(7月和9月) δ¹³C和WUE_i呈较强的正相关, 相关系数r分别为0.739 0和0.545 8, 高δ¹³C可以作为筛选高WUE_i毛白杨的有效指标, 且在苗木生长旺盛时期选育能得到更为可靠的结果。对毛白杨而言, 高WUE_i的无性系, 一般具有适中或较低的G_s和C_i, 但不一定具有很高的P_n, 气孔调节使得毛白杨在不影响光合作用的同时保持较高的WUE。     

C的开度与方位差异

受太阳活动的影响, 树冠不同方位以及内外部的叶片接受到的光照存在差异, 造成温度、湿度等小气候因子也存在差异。叶片的形态解剖结构和生理特性等会对外界环境条件的改变发生响应。为了更好地了解树木生长的局部小环境条件差异对树木生长的影响, 该文选择国槐(Sophora japonica)、悬铃木(Platanus orientalis)、银杏(Ginkgo biloba)、榕树(Ficus microcarpa)和黄葛榕(F. lacor)5种冠幅较大的树种, 通过测定树冠内外部及4个方位上的比叶重(leaf mass per area, LMA)、叶绿素a (chlorophyll a, Chl a)、叶绿素b (chlorophyll b, Chl b)及类胡萝卜素(carotenoid, Car)的含量及碳稳定同位素比率(carbon isotope ratio, δ¹³C)等指标, 研究叶片形态、生理指标等随树冠开度的变化以及方位差异。结果表明, 叶片LMA和δ¹³C均随树冠开度增加而增大, 光合色素含量则相反; 叶片LMA和δ¹³C的方位变化则是南向>西向>北向>东向, 与叶片所接受到的光强变化规律一致, 而光合色素含量的方位差异较复杂、且因树种而异, 总的来说, 以受光最弱的东向含量最高。上述结果表明, 树冠外围和南向、西向的叶片由于接受到的光能较多、温度高、相对湿度小等, 其叶片会增大单位面积的重量、减小气孔开度和光合色素含量, 从而减少对光能的吸收, 也使光合作用降低、δ¹³C增大, 而不同方位光照对光合色素含量的影响机制较为复杂, 这些都表明了叶片对周围小气候的形态和生理上的适应。     

C的海拔响应及其机理

以分布于祁连山北麓中段的两种优势乔木祁连圆柏(Sabina przewalskii)和青海云杉(Picea crassifolia)为研究对象, 分析了高山乔木叶片δ¹³C值对海拔(2 600–3 600 m)、土壤含水量和叶片含水量、叶片碳氮含量的响应及其机理。结果表明, 这两种乔木叶片δ¹³C值均随海拔升高呈增重趋势, 与海拔呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。海拔2 600–3 600 m阳坡树种祁连圆柏叶片的δ¹³C值显著高于同海拔梯度阴坡树种青海云杉。祁连圆柏和青海云杉叶片的δ¹³C值均与年平均气温呈显著负相关关系(p < 0.000 1), 与年平均降水量呈显著正相关关系(p < 0.000 1)。祁连圆柏叶片δ¹³C值与土壤含水量(p < 0.000 1)、叶片含水量(p = 0.01)和叶片碳氮比(C/N) (p < 0.000 1)呈显著正相关关系, 与叶片全氮呈显著负相关关系(p < 0.000 1)。而青海云杉叶片δ¹³C值与土壤含水量、叶片全氮、叶片碳氮比和叶片含水量不相关。说明海拔变化引起的水热条件的改变, 尤其是温度变化对高山乔木叶片碳同位素分馏起主要作用, 但各个因子综合对高山植物叶片碳同位素分馏的作用机制可能比较复杂, 需进一步深入研究。     

昆仑山北坡4种优势灌木的气体交换特征

在自然条件下对昆仑山北坡四种灌木塔里木沙拐枣（Calligonum roborowasikii）、驼绒藜（Ceratoides latens）、合头草(Sympegma regelii)和昆仑绢蒿(Seriphidium korovinii)的气体交换、水势的季节变化特征及生长季末δ13C值进行了比较研究。结果表明：驼绒藜、塔里木沙拐枣和合头草气体交换日变化为单峰曲线,昆仑绢蒿为双峰曲线;其中塔里木沙拐枣属高光合高蒸腾型,水分利用效率最高,合头草属低光合低蒸腾型,驼绒藜属高光合低蒸腾型,昆仑绢蒿属低光合高蒸腾,水分利用效率最低。驼绒藜光合速率8月日变化,10：00-12：00,16：00-20：00两个时段,Pn下降,主要决定因素均为非气孔因素。沙拐枣6月光合速率日变化,12：00-14：00时,Pn下降,主要受气孔导度因素影响;16：00-20：00时,Pn下降,可能是同时受气孔和非气孔因素的影响。从耐旱机理可以将4种灌木归类：塔里木沙拐枣和昆仑绢蒿属于高水势延迟脱水耐旱机理;驼绒藜和合头草属于低水势忍耐脱水机理。用δ13C表征植物水分利用效率时,只有部分物种有很好的一致性。     

黑杨杂交无性系间叶片δ13C、长期水分利用效率和光合特性的研究

在温室中通过严格控水的方法,对4个不同水分处理下,12个黑杨杂交无性系间长期水分利用效率（WUEL）、δ^13C和光合参数（Gs、Tr、Pn、WUEL,Cj、Pmax、LSP、Ce）的差异进行了研究,并分析了无性系间WUEL和δ^13C差异与光合参数差异的相互关系。结果表明：不同水分处理下,δ^13C和Gs、Tr、Pn、WUEL、Cj差异极显著。随水分胁迫的加剧,δ^13C和WUEL增加,而Gs、Tr、Pn、Cj减少。同一水分处理下无性系间WUEL和δ^13C差异显著,Gs、Tr、Pn、WUEj、Cj差异极显著。无性系问WUEL和δ^13C的差异在4个水分处理下表现出一致性．即WUEL最优的是J2,其次为J6、J7、J8、J9,同时这些无性系的δ^13C较高。Gs是影响WUEj的关键因子,Gs低的无性系WUEj高。J2、J6、J7、J8、J9的净光合速率（Ps）和瞬时水分利用效率（WUEj）虽不是最高,但其最大净光合速率（Pmax）大,光饱和点（LSP）高,羧化效率（Ce）大,光合能力强。无性系间δ^13C和WUEL差异的主要影响因子是Gs和光合能力,J2、J6、J7、J8、J9都具有Gs低和光合能力强的特点。各水分处理下δ^13C与WUEL,均呈正相关,但由于水分引起的δ^13C差异远大于无性系间的差异,因此二者的相关性仅在充分供水条件下表现较好．相关系数为0．7077。     

4种荒漠植物气体交换特征的研究

 在自然条件下我们对塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲边缘4种主要荒漠植物胡杨(Populus euphratica Oliv.)、沙拐枣(Calligonum caput_medusae Schrenk.)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia B.Keller et Shap)和柽柳(Tamarix ramosissima Lbd.)的气体交换、水势及其δ13C的季节变化特征进行了比较研究。结果表明胡杨和沙拐枣气体交换日变化为单峰曲线,骆驼刺和柽柳为双峰曲线;其中骆驼刺属低光合低蒸腾型,WUEph最低,     

安普霉素的生物合成: 辛二糖C7′-N上甲基的甘氨酸来源

安普霉素是一类结构特殊的氨基糖苷类抗生素, 其分子中含一个稀有的辛二糖结构单元. 迄今为止, 尚无关于安普霉素生物合成途径及其前体化合物的完整报道. 研究发现, 向发酵培养基中添加甘氨酸和丝氨酸均可以出现在菌体生长保持基本不变的情况下促进抗生素产量的现象, 表明甘氨酸和/或丝氨酸可能参与了安普霉素的合成. [2-¹³C]甘氨酸示踪实验的核磁共振(NMR)检测结果表明, 甘氨酸专一地掺入安普霉素辛二糖环C7′-N甲基. 同时发现, 菌体胞内的S腺苷甲硫氨酸(SAM)水平上升与外加甘氨酸的量呈正比, 但是甲硫氨酸的加入会抑制安普霉素的合成. 据报道, 甲硫氨酸对结构中含有甲基取代基的抗生素, 如对rapamycin的 生物合成中转甲基过程有抑制作用. 由此推测, 尽管甲硫氨酸本身对抗生素产量呈抑制作用, 甘氨酸仍然可能通过甲硫氨酸循环提供甲基. 此外, [2-¹³C,¹⁵N]丝氨酸的示踪实验结果表明丝氨酸也可能作为安普霉素的限制性前体物参与了NH₂的合成.     

N的影响

植物和土壤中的¹⁵N自然丰度值(δ¹⁵N)是评价生态系统N循环的一个重要指标, 而放牧是草原生态系统的主要土地利用方式, 对草原生态系统的N循环过程的改变起着重要作用。该研究测定了内蒙古锡林河流域放牧和围封条件下草原群落主要优势植物和土壤的δ¹⁵N值, 探讨放牧对草原N循环的影响。研究中所测定的8种植物叶片δ¹⁵N变化很大(–4.04‰–4.34‰), 但与植物功能型有一定的相关性。放牧显著降低了大针茅(Stipa grandis)、杂类草和小半灌木木地肤(Kochia prostrata)的δ¹⁵N值。具有潜在共生固氮能力的豆科植物δ¹⁵N偏低负值(–4.04‰ – –1.90‰), 但在放牧和围封条件下无显著差异; 而被认为具有联合固氮能力的羊草(Leymus chinensis), 放牧后δ¹⁵N显著增加, 一定程度上表明了豆科植物和羊草生物固氮能力的存在。所有植物中, 除无菌根侵染的木地肤外, 其他有丛枝菌根真菌侵染记录的物种δ¹⁵N值较低, 通常接近0或为负值, 说明在N限制的内蒙古草原, 菌根转运N可能也是一种重要的N源途径。放牧显著降低了0–20 cm土壤δ¹⁵N值, 这也与过去的研究结果不同。δ¹⁵N的测定为生态系统提供了一个整合时空N循环过程的综合指标, 反映出放牧改变了草原生态系统的N循环。     

玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ13C的影响

在玉米盆栽试验期间,运用碱吸收法采集土壤呼吸样品,转化成碳酸钡后,运用质谱法测定其δ¹³C值,以研究玉米生长和光合作用对土壤呼吸δ¹³C值的影响。结果表明,在玉米生长下,土壤呼吸的δ¹³C值随玉米生长时期而变化,变化在-14.57‰～-12.30‰之间,呈喇叭期>成熟期>开花期,而在裸土下,土壤呼吸的δ¹³C值在-19.34‰～-19.13‰之间,不随时间发生显著变化。开花期土壤呼吸δ¹³C值降低的主要原因是光合产物土壤输入的下降和根系活性的降低,成熟期玉米土壤呼吸δ¹³C值的增加主要是由于衰老死亡根系的分解腐烂。玉米生长下,无论开花期还是成熟期,白天土壤呼吸的δ¹³C值显著大于夜间;玉米植株遮光处理后,土壤呼吸的δ¹³C值显著降低。该试验结果证明玉米生长和光合作用显著影响土壤呼吸的δ¹³C值,在玉米生长期间,土壤呼吸主要来自于新近合成的光合产物。     

水分胁迫对银水牛果生长及光合气体交换参数的影响

实验以盆栽3年生银水牛果幼苗为材料,设置正常供水(W1)和轻度(W2)、中度(W3)、重度(W4)土壤水分胁迫共4个处理进行人工模拟实验,以探讨银水牛果的抗旱特征.结果显示,(1)随着水分胁迫的加剧,W2～W4银水牛果植株生长量较W1分别显著降低58.85%、72.06%、87.31%,地径生长量较W1分别显著降低38.46%、61.92%、84.62%;(2)随着水分胁迫的加剧,Pn日变化曲线由"单峰型"转为"双峰型",且Pn、Gs、Tr逐渐降低,Ls值升高;(3)W3处理下Ci值最小,Ls值最大,而水分利用效率WUE最高;(4)随着水分胁迫的加剧,Gs与Pn的相关性迅速下降,W2～W4的相关系数较W1分别下降5.06%、8.47%、24.38%;W4处理下Ci与Pn呈负相关.研究表明,银水牛果在土壤含水量为7.2%～14.35%干旱条件下水分利用效率最高,证明银水牛果具有较强的抗旱性.     

樟子松、油松、蒙古栎水分利用效率种间变化及其对环境因子的响应差异

以碳同位素值(δ~(13)C)作为反映植物水分利用效率的指标,对辽宁地区3种典型林型—樟子松人工林(Pinus sylvestris var.mongolica)、油松人工林(Pinus tabulaeformis)和蒙古栎天然林(Quercus mongolica Fischer ex Ledebour)进行调查并分别对樟子松、油松和蒙古栎进行样品采集,探讨其水分利用效率之间的差异特征及其对年均降水量、年均大气温度和海拔高度变化的响应。樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值变化范围分别为-30.37‰~-25.10‰、-30.32‰~-24.07‰和-29.85‰~-23.51‰,且随经度的增加显著降低;统计分析也表明,樟子松、油松和蒙古栎δ~(13)C值在辽西显著高于辽东,说明3种树种水分利用效率在辽西较高。进一步分析发现,3种树种叶片δ~(13)C值受年均降水量和海拔的影响较大,均随年均降水量增加显著降低,随海拔的升高显著增大,而受温度的影响较小;其中,又以樟子松的水分利用效率受海拔的影响较大(P0.01);与蒙古栎相比,樟子松和油松受降水量的影响更加明显。综上所述,3种树种叶片δ~(13)C值以及由其衍生来的水分利用效率之间种间差异较小,而受环境因子及地理学指标降雨、海拔和经度的影响较大,这为今后基于δ~(13)C值的水分利用效率进一步科学研究奠定了基础。     

六道沟流域不同冠层小叶杨光合特性及水分利用效率研究

小叶杨作为六道沟流域植被恢复的优势乔木速生树种,对该区的生态恢复与建设有着至关重要的作用。通过测定六道沟流域生长旺期(8和9月)不同冠层高度下小叶杨叶片的水势、光合气体交换参数、稳定性碳同位素比率(δ~(13)C)和叶片全N全P含量,分析了冠层叶片的δ~(13)C、光合特性指标、叶水势等在不同月份及冠层高度下的变化特征。结果表明:(1)小叶杨8、9月份间叶片光合特性指标净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO_2浓度(C_i)、蒸腾速率(T_r)均随着冠层高度增加而减小。(2)小叶杨叶片δ~(13)C和瞬时水分利用效率(WUEi)均随冠层高度增加而增加,δ~(13)C沿冠层高度的变化范围为-29.81‰~-27.43‰。(3)叶片δ~(13)C与植物的水分利用效率呈正相关关系,8月份和9月份δ~(13)C沿树高的变化幅度分别为2.22‰和2.12‰。研究发现,六道沟流域小叶杨叶片确实受到来自树高所引起的水分胁迫,叶片δ~(13)C能真实反映其长期的水分利用状况,且叶片δ~(13)C的变化是自身遗传特性与环境因子共同作用的结果。     

羊草叶片气体交换参数对温度和土壤水分的响应

 采用生长箱控制的方法研究了羊草(Leymus chinensis)幼苗叶片光合参数对5个温度和5个水分梯度的响应和适应。结果表明：轻度、中度土壤干旱并没有限制羊草叶片的生长,对气体交换参数亦无显著影响,反映了羊草幼苗对土壤水分胁迫的较高耐性。叶片生物量以26 ℃时最大,其它依次为23 ℃、20 ℃、29 ℃和32 ℃。温度升高使气孔导度和蒸腾速率增加, 却使光合速率和水分利用效率降低。水分和温度对叶片生物量、光合速率、气孔导度和蒸腾速率存在显著的交互作用,表明高温加强了干旱对叶片生长和气体交换的影响, 降低了羊草对土壤干旱的适应能力。高温和干旱的交互作用将显著减少我国半干旱地区草原的羊草生产力。     

基于树轮δ13C值的北京山区油松水分利用效率

水分利用效率是深入研究森林生态系统水碳循环耦合关系的重要节点之一。北京山区生态系统是北京市的天然生态屏障,研究该地区植被水分利用效率动态及其对气候变化的响应,对于评估区域碳水耦合关系及研究植物对全球气候变化的响应具有重要意义。利用北京市密云县东部山区红门川流域的油松树轮δ~(13)C序列,分析了长期水分利用效率WUE的年际变化。结合密云站及上甸子站的气象数据资料分析结果表明:(1)自1952年至2014年,北京山区红门川流域油松树轮δ~(13)C值序列呈现上升趋势,变动区间为-23.41‰—-27.63‰,平均为-25.56‰;油松WUE的年际值呈现波动下降趋势,变动区间为5.77—16.53,平均值为9.6,平均每年下降0.175,20世纪80年代左右下降趋势最为显著,且之后维持在相对较低的水平,最低值(5.76)出现在1994年,最高值(16.53)出现在1976年,1964年至1980年期间WUE为研究时段内最高,平均值为13.0。由此可见,在过去几十年中,红门川流域油松林的水分利用效率持续降低,固碳能力下降。(2)油松WUE对气温变化响应较好,总体呈现显著负相关,其中与年均气温相关性指数为r~2=0.8248,P0.01,与生长季平均气温相关性指数r~2=0.6952。平均气温每升高0.1℃,油松WUE下降0.205。且平均气温较高的年份油松WUE下降率比低温年份的WUE升高率大,由此推断,气温上升对油松林生态系统水碳循环及耦合关系影响更为显著。(3)油松WUE随着降水量增加而提高,与降水存在一定的正相关关系,但并不显著;在降水量突然减少之后,油松的WUE值会随之上升,持续一段时期后有回落现象,说明WUE值具有一定保守性。(4)WUE对温度变化的响应较降水变化的响应更加敏感。温度的升高及降水的减少导致植物叶片气孔导度降低,进而影响了植物的固碳速率。     

不同生境间红树科植物水分利用效率的比较研究

通过测定采自4个地区(海南、厦门、北海和西双版纳)的红树科6个属共9种植物,包括竹节树(Carallia brachiata)、锯叶竹节树(C. diphopetala)、山红树(Pellacalyx yunnanensis)、红树(Rhizophora apiculata)、红海榄(R. stylosa)、海莲(Bruguiera sexangula)、木榄(B. gymnorhiza)、秋茄(Kandelia candel)和角果木(Ceriops tagal)的叶片碳同位素比值(δ¹³C),比较了不同地区分布的红树科植物(尤其是内陆生长的和沿海生长的红树科植物之间)、同一地区分布不同种红树科植物间以及不同季节红树科植物δ¹³C值及其所反映的胞间CO₂浓度和水分利用效率的差异。研究结果表明,红树科植物叶片的δ¹³C变化在-32‰~-26‰之间,大部分种类在两个生长季之间(春季和秋季)没有明显的差异,而内陆和沿海分布的红树科植物有着显著不同的δ¹³C值,以海水中生长的红树科植物δ¹³C值较高。此外,在海水中生长的红树科植物以北海地区分布的为最高,而在厦门和海南之间则较少有显著性的差异。从所取得的结果来看,植物δ¹³C值之间的差异可能有遗传学的基础,但环境的影响也起很大的作用。     

中国东北样带草原区植物δ^13C值及水分利用效率对环境梯度的 …

测定了中国东北森林－草原样带草原区１５个常见植物种叶片的δ＾１３Ｃ值,并以此作为植物长期水分利用效率的指示值,研究了不同植物种的水分利用效率对年均降水量、年均在气温度和海拔高度等环境梯度变化的响应。结果表明：有相当一部分植物种的δ＾１３Ｃ植和水分利用效率均随年均降水量和年均温增加而呈不同程度的降低趋势（如羊草（Ｌｅｙｍｕｓ ｃｈｉｎｅｎｓｉｓ（Ｔｒｉｎ．）Ｔｚｖｅｌ．）、家榆（Ｕｌｍｕｓ ｐｕｍｉ     

3种黑杨无性系水分利用效率差异性分析及相关ERECTA基因的克隆与表达

提高植物水分利用效率（WUE）是未来解决我国甚至世界干旱缺水的最重要手段之一。因此,培育和筛选高WUE的品系和品种意义重大。本文通过对3种在充分浇水处理下不同北美黑杨无性系WUE、叶片δ13C的差异分析发现WUE在黑杨无性系之间也存在差异。ERECTA基因可以通过改变气孔密度来提高WUE。我们在欧美杨中克隆到了该基因(PdERECTA)。该基因序列长2844bp,编码948个氨基酸,并且具有保守的类受体蛋白激酶家族的膜外富含亮氨酸和胞内激酶区域。荧光定量表达分析证明该基因在ABA 、盐、冷等胁迫处理下都被诱导表达。组织特异表达分析说明PdERECTA 基因在顶端叶表达量最高,半成熟叶次之,成熟叶衰老叶和根中则无表达。     

内蒙古锡林河流域植物功能群组成及其水分利用效率的变化--依水分生态类群划分

依照植物水分生态类群,将锡林河流域主要植物种划分为6个植物功能群:呈生植物、中旱生植物、旱中生植物、中生植物、湿中生植物和湿生植物.沿土壤水分梯度,我们调查了8个植物群落的功能群组成及其δ13C值.结果表明:1)在水分状况不同的8个群落中,植物功能群的组成有很大差异.在较湿润生境中(沼泽化草甸和盐化草甸),湿中生和湿生植物成为优势种并构成地上生物量的主要部分;在干旱生境中(草甸草原、典型草原和退化草原),旱生和中旱生植物占绝对优势并构成群落生物量的90%以上;2)不同功能群δ13C值表现为:旱生植物(26.38‰)=中旱生植物(26.51‰)＞旱中生植物(-27.02‰)＞中生植物(-27.56‰)=湿中生和湿生植物(-27.80‰),表明随着不同水分生态类群所适应生境从干旱到湿润逐渐转变,植物的水分利用效率显著降低;3)在土壤水分状况不同的生境下,旱生植物始终维持相对较高的δ13C值和水分利用效率;而中旱生植物的δ13C值表现出较大的变化幅度,表明其对土壤水分的改变更敏感;4)旱生植物叶片脯氨酸含量最高;旱中生、中旱生和中生植物次之;湿中生和湿生植物脯氨酸含量最低.不同水分生态类群脯氨酸含量与其δ13C值和地上生物量呈显著正相关关系.     

云南西双版纳片断化热带雨林植物叶片δ^13Ｃ值的特点及其对水分利用效率的

通过测定西双版纳两个热带雨林类型中２２６个植物种叶片的δ^13Ｃ值,以其为植物水分利用效率的指示物,研究了本地区热带雨林植物叶片δ^13Ｃ值的特点及水分利用状况,比较了不同样线植物叶片δ^13Ｃ平均值以及不同生活型植物叶片δ^13Ｃ平均值的差异。研究发现：１．西双版纳地区热带雨林植物叶片δ^13Ｃ值的范围在－３．８６５％－－２．７６０％之间,与其他典型热带地区的研制结果相近,表明该地区具有世界其他典型热麻的特征;２．补蚌样地所有植物叶片δ^13Ｃ平均值低于城子样地,植物叶片δ^13Ｃ平均值在同一样地不同样线之间也存在显差异,表明水分状况和样线的方法位是样线之间存在差异的主要原因;３．常绿植物叶片的δ^13Ｃ值显低于落叶植物,乔木、灌木、草本和藤本植物叶片的δ^13Ｃ值之间也存在显差异,水分利用状况因此而不同。