水淹胁迫下饲料桑苗(Morus alba)叶片形态及部分酶活性的变化

桑树因具有较强的耐水淹特性,近年来成为库区消落带植被恢复的备选树种。为探讨饲料桑适应水淹胁迫的机理,以2年生盆栽饲料桑苗为对象,采取室内模拟水淹的方法,研究不同水淹时间和深度下桑苗叶片形态以及叶片内无氧呼吸酶(PDC、ADH、LDH)、抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性的变化。结果显示:(1)根淹组桑苗在水淹期间叶片受害程度较轻,深淹组桑苗叶片在水淹15 d即出现萎蔫和黄化,至水淹结束后叶片基本全部腐烂、脱落。但深淹组桑苗在水淹75 d后仍能萌发新芽,且浅淹组部分植株恢复生长状况良好。(2)相同水淹时间下,桑苗叶片内无氧呼吸酶和抗氧化酶活性随水淹深度的增加均呈现显著的上升趋势(P0.05)。(3)桑苗叶片SOD酶活性在水淹60 d显著上升,对照组和根淹组在水淹90 d分别降低了3.49%和9.22%,而POD和CAT酶活性在水淹90 d达到最大值,3组处理下2种酶活性分别比水淹30 d增加了8.03%、15.70%、10.23%和12.05%、6.45%、9.15%,差异显著(P0.05)。提高叶片无氧呼吸酶活性、增强3种抗氧化酶相互协调作用是桑苗水淹胁迫下的响应机制。综上,饲料桑苗具有良好的适应水淹胁迫能力,可作为三峡库区消落带植被恢复的备选树种。     

长期水淹对‘中山杉118’幼苗呼吸代谢的影响

中山杉(Taxodium‘Zhongshansha’)具有极强的耐淹性,但其耐淹机理仍没有明确。该研究以‘中山杉118’(Taxodium‘Zhongshansha 118’)幼苗为对象,在经过93天不同水淹处理(对照、水浸、浅淹、深淹)后测定中山杉叶片和根系的无氧呼吸酶活性、淀粉及可溶性糖含量、生物量以及根系活力,从能量消耗的角度初步探索了中山杉的耐淹性。结果表明:长期水淹使中山杉叶片与根系中3种无氧呼吸酶(乙醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、乳酸脱氢酶)活性显著增加,且叶片与根系的乙醇脱氢酶活性均高于乳酸脱氢酶活性,中山杉的根系和叶片是通过加强以酒精发酵为主的无氧呼吸适应长期缺氧环境;不同水淹处理的叶片中3种无氧呼吸酶活性均高于根系,叶片对缺氧环境更加敏感;中山杉叶片和根系淀粉、可溶性糖含量均随水淹深度的增加显著增加,根系淀粉含量显著高于叶片,可溶性糖含量低于叶片;中山杉根系淀粉含量高是其能够长期忍受水淹的重要原因,且中山杉适应长期水淹的策略为忍耐型;经受长期水淹后中山杉根茎结合部长出气生根及茎基部膨大,同时根系外壁的木质化能将根系与外部水淹环境隔离,具有很强的耐淹性,可作为湿地生态修复、消落带生物治理的优良植物材料。     

长期水淹对‘中山杉118’幼苗呼吸代谢的影响

中山杉(Taxodium ‘Zhongshansha’)具有极强的耐淹性, 但其耐淹机理仍没有明确。该研究以‘中山杉118’ (Taxodium ‘Zhongshansha 118’)幼苗为对象, 在经过93天不同水淹处理(对照、水浸、浅淹、深淹)后测定中山杉叶片和根系的无氧呼吸酶活性、淀粉及可溶性糖含量、生物量以及根系活力, 从能量消耗的角度初步探索了中山杉的耐淹性。结果表明: 长期水淹使中山杉叶片与根系中3种无氧呼吸酶(乙醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、乳酸脱氢酶)活性显著增加, 且叶片与根系的乙醇脱氢酶活性均高于乳酸脱氢酶活性, 中山杉的根系和叶片是通过加强以酒精发酵为主的无氧呼吸适应长期缺氧环境; 不同水淹处理的叶片中3种无氧呼吸酶活性均高于根系, 叶片对缺氧环境更加敏感; 中山杉叶片和根系淀粉、可溶性糖含量均随水淹深度的增加显著增加, 根系淀粉含量显著高于叶片, 可溶性糖含量低于叶片; 中山杉根系淀粉含量高是其能够长期忍受水淹的重要原因, 且中山杉适应长期水淹的策略为忍耐型; 经受长期水淹后中山杉根茎结合部长出气生根及茎基部膨大, 同时根系外壁的木质化能将根系与外部水淹环境隔离, 具有很强的耐淹性, 可作为湿地生态修复、消落带生物治理的优良植物材料。     

淹水对三峡库区消落带香附子生理特性的影响

为了阐明香附子对三峡库区消落带水淹的耐淹机理,该研究模拟三峡库区消落带夏季汛期水淹环境,设置常规水分管理(CK)、根部水淹(T1)、半淹(T2)以及全淹(T3)4个不同处理组,研究香附子对不同淹水环境的生理响应机制。结果显示:(1)经过45d的水淹处理,所有水淹处理香附子叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素以及总叶绿素的含量均显著下降,但叶绿素a/b值仍维持在CK水平;(2)淹水并没有增加T1和T3处理植株可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量,但显著增加了T2植株叶片脯氨酸和可溶性糖的含量;(3)随着水淹时间的延长,各水淹处理植株叶片丙二醛含量逐渐升高,且自水淹15d后均与CK植株差异显著;(4)所有水淹处理香附子植株SOD、CAT和APX等抗氧化酶活性均有所增加,但随着水淹时间的继续延长,T3植株叶片SOD和CAT活性逐渐下降。(5)经过45d的水淹处理,各水淹处理植株淀粉含量在叶和根中均显著增加。研究表明,虽然淹水对香附子产生了一定的伤害,但香附子能够通过调节体内各种保护酶活性和渗透调节物质含量来增加对水淹的抵御能力,而且根部高浓度淀粉含量也为香附子耐受水淹胁迫提供了稳定的能量供应。     

小叶锦鸡儿幼苗非结构性碳水化合物积累及分配对干旱胁迫的响应

以2年生小叶锦鸡儿幼苗为研究对象,采用盆栽控水法,设置适宜水分、轻度、中度和重度胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),探讨小叶锦鸡儿幼苗在干旱胁迫历时15、30、45和60 d各器官非结构性碳水化合物(NSC)的响应规律。结果表明:不同干旱胁迫处理程度与时间对小叶锦鸡儿幼苗叶片、茎、粗根和细根可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。轻度胁迫下,各器官可溶性糖、淀粉及总NSC含量在胁迫30 d时均显著低于适宜水分处理,细根可溶性糖和粗根淀粉含量在胁迫60 d时显著高于适宜水分处理。中度胁迫下,随着胁迫时间延长,茎和粗根可溶性糖含量先低于适宜水分处理,而后逐渐增加;与轻度胁迫处理相比,叶片、茎和细根可溶性糖含量增加,茎和粗根淀粉含量降低。重度胁迫下,各器官淀粉含量在胁迫15 d时显著低于适宜水分处理;在胁迫60d时显著高于适宜水分处理。以上结果说明,小叶锦鸡儿幼苗通过调整各器官NSC积累及分配应对不同干旱环境。     

海绵城市建设中22种园林植物耐淹性比较

在海绵城市建设背景下，为探究不同园林植物对水淹胁迫的生理响应，选取华南地区常用的22种园林植物开展水分胁迫实验。结果表明，在25 d内通过2次水淹胁迫后，22种植物叶片叶绿素含量均明显下降，而可溶性糖和可溶性淀粉的含量无规律性变化。依据耐淹性强弱可将22种园林植物分为3组：(1)耐淹性较好植物10种，包括樟树、小叶榄仁、肾蕨等；(2)耐淹性中等植物6种，包括桂花、黄兰、深山含笑等；(3)耐淹性一般植物6种，包括短序润楠、炮仗花、海桐等。     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

五唇兰对PEG模拟的干旱胁迫响应研究

为了解干旱对五唇兰(Phalaenopsis pulcherrima)生长的影响,以聚乙二醇(PEG)溶液模拟干旱胁迫,对其叶片的光合色素、渗透调节物质和非结构碳水化合物(NSC)含量变化进行研究。结果表明,随着PEG浓度增加,五唇兰植株含水量和鲜质量逐渐下降,以PEG为13.75%～14.84%时最显著。PEG处理显著降低叶片的叶绿素a和b含量。随着植株含水量的降低,叶片可溶性蛋白、淀粉(St)含量均呈下降趋势,可溶性糖(SS)含量、NSC和SS/St均呈先升后降的趋势。因此,干旱胁迫会影响五唇兰植株的含水量和光合产物的积累;在较低程度干旱胁迫下,可溶性糖在抗旱响应中发挥主要作用;随着干旱胁迫程度加深,五唇兰的生理代谢受到严重影响。     

地表臭氧浓度升高与干旱交互作用对杨树非结构性碳水化合物积累和叶根分配的短期影响

人类活动加剧和全球变化导致植物在生长季同时受到高浓度地表臭氧(O_3)和干旱的双重胁迫。为了探究两者对植物非结构性碳水化合物(TNC)积累和分配的影响,该实验采用开顶式气室研究了2种O_3浓度(CF,过滤空气; NF40, NF (未过滤空气)+40nmol·mol~(–1)O_3)和2个水分处理(对照,充分灌溉;干旱,非充分灌溉)及其交互作用对杨树基因型‘546’(Populusdeltoides cv.‘55/56’×P. deltoides cv.‘Imperial’)叶片和细根中TNC及其组分(葡萄糖、果糖、蔗糖、多糖、总可溶性糖和淀粉)含量的影响。结果表明:O_3浓度升高显著降低杨树叶片中淀粉和TNC的含量,增加葡萄糖、果糖和总可溶性糖含量,但对细根中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。干旱胁迫显著增加细根中果糖和多糖含量,降低蔗糖含量,但对叶片中淀粉和总可溶性糖含量的影响不显著。充分灌溉下O_3浓度升高显著增加了杨树叶片多糖和总可溶性糖含量,而干旱下O_3浓度升高显著增加了TNC含量的根叶比。该研究结果发现O_3主要影响叶片中TNC及各组分的含量,而干旱主要影响细根中TNC及各组分的含量。从杨树叶片TNC的响应来看,适度的水分限制有助于减缓O_3的负面伤害。     

盐胁迫下番茄幼苗对赤霉素处理的响应

为了研究盐胁迫下番茄幼苗对赤霉素处理的响应,本试验对不同盐胁迫浓度(0 mmol/L,50 mmol/L,160 mmol/L)条件下长至两叶一心的番茄幼苗叶片进行不同浓度的赤霉素(0 mg/L,20 mg/L,80 mg/L,150 mg/L)喷施处理,对其叶片可溶性糖、可溶性蛋白质、叶绿素含量以及干物重进行测定并进行分析。结果表明,番茄中可溶性糖含量、可溶性蛋白含量随着盐胁迫浓度的增加而增加,施加赤霉素后,可溶性糖含量的上升的幅度明显变大;盐胁迫条件下,番茄叶片干物重下降,且盐浓度越高干物质下降幅度越大,施加赤霉素后,干物重下降幅度减缓;随着盐胁迫浓度增加,番茄叶片的叶绿素含量降低,且浓度越高叶绿素含量下降趋势越明显,赤霉素的施加同样使叶绿素含量降低。以上结果为研究盐胁迫下番茄幼苗对赤霉素处理的响应提供了实验依据。     

Growth responses and non-structural carbohydrates in three wetland macrophyte species following submergence and de-submergence

We investigated the responses of growth and non-structural carbohydrates to submergence and de-submergence in three wetland macrophyte species. Survival rate, recovery ability, and soluble sugar and starch contents of flood-tolerant Polygonum hydropiper and of flood-sensitive Phalaris arundinacea and Carex argyi from Dongting Lake wetlands were investigated after 20, 40, and 60 days of complete submergence without light and 10 days after de-submergence. Plant dry weight and soluble sugar and starch contents decreased in all species during the submergence period. The decreases were slowest in P. hydropiper, intermediate in C. argyi, and most rapid in P. arundinacea. After 60 days of submergence, survival rates were 100, 50, and 0 % in P. hydropiper, C. argyi, and P. arundinacea, respectively. After recovery, plant dry weight increased in P. hydropiper and in C. argyi, but decreased in P. arundinacea. Compared to pre-submergence, soluble sugar contents generally increased and then remained relatively constant after recovery in all species, while starch content increased in P. hydropiper and decreased in P. arundinacea with increasing submergence time. For C. argyi, starch content decreased after recovery from the 20-day submergence, but increased after recovery from the 40- and 60-day submergences. These data illustrate mechanisms behind the flood tolerance of P. hydropiper and the sensitivity to flooding in P. arundinacea and C. argyi. These mechanisms include lower consumption and quicker accumulation of non-structural carbohydrates in flood-tolerant plants.     

杨树幼苗非结构性碳水化合物对增加降水和氮添加的响应

设置3个水分梯度,即自然降水(W₁)、自然降水增加50%(W₂)和增加100%(W₃)以及4个施氮梯度,即模拟氮沉降添加0(N₁)、5(N₂)、10(N₃)和15(N₄) g N·m^-2·a^-1,研究增加降水和氮添加对杨树幼苗非结构性碳水化合物(NSC)的影响.结果表明: 增加降水和氮添加对杨树幼苗NSC含量具有显著的交互作用.随着降水的增加,N₁水平叶片和枝条可溶性糖含量不变,叶片、枝条、主干、粗根和细根淀粉含量下降;N₂和N₃水平各器官可溶性糖含量下降或保持不变,淀粉含量降低或先升高后降低;N₄水平各器官可溶性糖和淀粉含量升高或先降低后升高.随着氮沉降的增加,W₁处理叶片可溶性糖含量不变,淀粉含量增加,细根可溶性糖含量增加,淀粉含量不变;W₂处理各器官可溶性糖含量不变或先增加后减少,淀粉含量降低或先增加后降低;W₃处理各器官可溶性糖、淀粉和NSC含量均增加.各水分和施氮梯度处理下,杨树幼苗可溶性糖含量为39.1～88.3 mg·g^-1,叶片中最高,细根中最低,淀粉含量为23.3～46.8 mg·g^-1,粗根中最高,细根中最低.     

Intrinsic morphology and spatial distribution of non-structural carbohydrates contribute to drought resistance of two mulberry cultivars

• Drought is one of the most adverse environmental stresses limiting plant growth and productivity. However, the underlying mechanisms regarding metabolism of non-structural carbohydrates (NSC) in source and sink organs are still not fully elucidated in woody trees.
• Saplings of mulberry cv Zhongshen1 and Wubu were subjected to a 15-day progressive drought stress. NSC levels and gene expression involved in NSC metabolism were investigated in roots and leaves. Growth performance and photosynthesis, leaf stomatal morphology, and other physiological parameters were also analysed.
• Under well-watered conditions, Wubu had a higher R/S, with higher NSC in leaves than in roots; Zhongshen1 had a lower R/S with higher NSC in roots than leaves. Under drought stress, Zhongshen1 showed decreased productivity and increased proline, abscisic acid, ROS content and activity of antioxidant enzymes, while Wubu sustained comparable productivity and photosynthesis. Interestingly, drought resulted in decreased starch and slightly increased soluble sugars in leaves of Wubu, accompanied by notable downregulation of starch-synthesizing genes and upregulation of starch-degrading genes. Similar patterns in NSC levels and relevant gene expression were also observed in roots of Zhongshen1. Concurrently, soluble sugars decreased and starch was unchanged in roots of Wubu and leaves of Zhongshen1. However, gene expression of starch metabolism in roots of Wubu was unaltered, but in leaves of Zhongshen1 starch metabolism was more activated.
• These findings revealed that intrinsic R/S and spatial distribution of NSC in roots and leaves concomitantly contribute to drought resistance in mulberry.

     

干旱胁迫下接种丛枝菌根真菌对七子花非结构性碳水化合物积累及C、N、P化学计量特征的影响

以濒危植物七子花二年生幼苗为研究材料,采用盆栽试验方法,研究干旱胁迫和接种丛枝菌根真菌(AMF)处理对幼苗不同器官C、N、P化学计量关系和非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响。试验共设计4个处理:对照(CK)、干旱胁迫(D)、接种AMF(AMF)、干旱胁迫和接种AMF(D+AMF)。结果表明: 在干旱胁迫下七子花根系AMF的侵染率显著下降,但接种AMF处理植株的株高、叶片数显著高于未接种处理。接种AMF显著提高了干旱胁迫下植株根、叶可溶性糖和NSC含量及茎、叶淀粉含量,且茎和叶可溶性糖与淀粉比显著下降。干旱胁迫导致植株C含量在根和叶中显著增加,P含量在茎中显著减少;与干旱胁迫相比,胁迫下接种AMF植株根、茎、叶P含量及叶C含量显著提高,而根C、N含量及茎C含量显著降低。胁迫下接种AMF植株根、茎C∶N、C∶P、N∶P和叶N∶P均显著低于单一胁迫处理。NSC与C∶N∶P计量比的相关性分析表明,根、叶P含量与可溶性糖和NSC含量呈显著正相关,茎P含量与淀粉和NSC含量呈显著正相关,各器官N∶P与NSC含量呈显著负相关。综上,干旱胁迫显著抑制了七子花幼苗的生长,接种AMF通过提高植株根和叶的可溶性糖含量、根的可溶性糖/淀粉,增加地上部分淀粉含量,促进P元素吸收和降低各器官N∶P来增强植株耐旱性,从而提高七子花幼苗在干旱环境中的存活率。     

岳桦幼苗光合特性和非结构性碳水化合物积累对干旱胁迫的响应

以长白山林线树种岳桦为对象,利用生长控制试验进行干旱处理,研究干旱对岳桦幼苗光合特性及非结构性碳水化合物(NSC)积累的影响.结果表明:干旱显著降低了岳桦幼苗的净光合速率和气孔导度,提高了其水分利用效率;干旱显著增加了岳桦幼苗叶、皮、干和根中的可溶性糖和总NSC的含量,但显著降低了淀粉含量;随着干旱的持续,叶片的气孔导...     

三峡库区两种耐水淹植物的存活率和碳水化合物储备关系

野古草和秋花柳是三峡库区消落带两种强水淹耐受能力的植物物种。以往研究显示植物的水淹耐受性和体内碳水化合物储备有关。为了探明野古草和秋花柳水淹下的高存活率是否和碳水化合物储备有关, 研究了在室外6个月的模拟水淹条件下两个物种在不同水淹时间(40、90、120和180d)和不同水淹深度下(不水淹、根部水淹和完全淹没)的生物量积累、存活率和碳水化合物含量和分布。结果表明: (1)野古草和秋花柳对长期水淹具有很高的耐受性, 根部水淹植物6个月处理后完全存活; 而完全淹没条件下, 野古草仅在4个月, 秋花柳仅在6个月处理后才开始死亡; (2)碳水化合物主要储备在野古草的茎和秋花柳的茎与主根中, 野古草的根和秋华柳的细根中碳水化合物含量很低; (3)水淹深度和水淹时间对植物生物量积累和碳水化合物含量影响显著(P 0.05):与未水淹植株相比, 根部水淹仅略微降低了生物量积累以及可溶性糖和淀粉含量 (P 0.05), 且保持基本稳定或增加的趋势, 而完全淹没的植株生物量随水淹时间逐渐降低, 碳水化合物含量在前90天快速下降 (P 0.05), 之后缓慢下降或保持不变。研究结果表明, 野古草和秋花柳强的水淹耐受性是和它们高的碳水化合物储备以及水淹条件下对碳水化合物的动用能力有关, 后期的死亡率增加与碳水化合物储备消耗殆尽有关, 野古草和秋花柳对碳水化合物储备对水淹的响应的差异可能和它们的碳水化合物储备在不同组织中的分配模式有关。       

云南普洱季风常绿阔叶林不同林层非结构性碳水化合物特征

在聚类分析的基础上,研究云南普洱季风常绿阔叶林主要物种非结构性碳水化合物(NSC)及其组分浓度、分配和季节性动态在林冠层、亚冠层和林下层间的变化特征.结果表明:亚冠层中可溶性糖及NSC浓度最高,分别为3.9%和13.3%,可溶性糖淀粉比在林下层最低,为0.76,而淀粉浓度则在各林层间无显著性差异.3个林层的可溶性糖均主要分配在叶片中,淀粉和NSC主要分配在根中.亚冠层中叶片和树干的可溶性糖浓度显著高于林冠层和林下层,枝和根的可溶性糖浓度在3个林层间无显著性差异;叶片的淀粉浓度则随林层高度降低而增加,但根淀粉浓度则是在林下层最低,为10.7%,枝和树干的淀粉浓度在3个林层间无显著差异;叶片NSC浓度为林冠层(10.7%)显著低于亚冠层(12.3%)和林下层(12.0%),但根的NSC浓度在林下层中最低,为14.2%;林下层叶片、枝、树干中可溶性糖淀粉比值均最低,但根的可溶性糖淀粉比值最低值出现在林冠层(0.79).3个林层NSC及其组分均存在显著的季节性变化,可溶性糖及可溶性糖淀粉比均为雨季显著高于旱季,而淀粉和NSC浓度则均在旱季中较高.不同林层NSC及其组分浓度的差异反映了不同高度树种碳利用策略的差异,部分地解释了物种的共存机制.