短期环割对骆驼刺气孔导度及叶绿素荧光的影响

为研究骆驼刺对不同环割的生理响应,以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围骆驼刺为试验材料,设置了对照(CK),韧皮部半割(PS),韧皮部全割(PF),木质部半割(XS)4种处理,研究了骆驼刺的气孔导度、光合色素含量、Chl a/b、叶绿素荧光参数和曲线在不同环割处理下的变化特征。结果表明:短期韧皮部半割对骆驼刺各项生理指标影响不明显;韧皮部全割下,骆驼刺气孔导度、光合色素含量、叶绿素荧光参数有了不同程度的下降;木质部半割显著降低了骆驼刺气孔导度但光合色素含量和大部分荧光参数没有发生变化。处理后第5天和第10天各项参数相差不大,短期内环割对骆驼刺的伤害程度随时间推移变化较小。总体来看,短期环割处理对骆驼刺伤害程度是PFXSPSCK。在荒漠化防治过程中,应尽量避免骆驼刺的韧皮部被全部剥蚀。     

韧皮部环割诱导下的花花柴衰老机制

衰老是植物器官和组织发育的最后阶段, 是一个受到严格控制的高度协调过程, 其中碳水化合物浓度对衰老的影响十分显著。花花柴(Karelinia caspia)是塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲的主要植物种, 为了研究花花柴在韧皮部环割后的碳水化合物变化和叶片衰老过程, 对其进行韧皮部环割, 测量叶片光合色素含量、光合速率、可溶性糖含量、淀粉含量、脱落酸(ABA)含量和叶水势。结果表明: (1)环割能够诱导花花柴叶片的衰老, 而诱导叶片衰老的主要因素有: 叶片碳水化合物的积累、叶片ABA含量的上升, 以及叶片水分状况的恶化。(2)相比于自然衰老, 环割诱导的衰老导致许多正常的生理过程受到破坏。(3)类胡萝卜素在衰老过程中主要起光保护的作用。(4)韧皮部半环割也导致花花柴各种生理指标显著下降, 表明植物无法通过增加剩余部分韧皮部筛管的运输通量而达到维持整个韧皮部运输系统顺畅的目的。     

两种生境条件下6种牧草叶绿素含量及荧光参数的比较

昆仑山前山牧场海拔较高, 策勒绿洲海拔相对较低, 两者生境差异较大。以昆仑山前山牧场和策勒绿洲边缘两种不同生境条件下生长的6种牧草: 冰草(Agropyron cristatum)、无芒雀麦(Bromus inermis)、矮生高羊茅(Festuca elata)、披碱草(Elymus dahuricus )、红豆草(Onobrychis pulchella)及和田大叶(Medicago sativa var. luxurians)为试验材料, 研究了不同生境条件下牧草叶片叶绿素含量及叶绿素荧光动力学参数的变化情况。结果显示: (1)在两种生境条件下, 昆仑山前山牧场生境生长的牧草叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素的含量明显较高, 生长在策勒绿洲生境的牧草品种叶绿素a/b值较高; (2)昆仑山前山牧场生境牧草最大荧光、光系统II (PSII)最大光化学效率、PSII潜在活性和单位面积反应中心的数量的值明显高于策勒绿洲生境品种, 而初始荧光、单位反应中心吸收的光能、单位反应中心捕获的能量、单位反应中心耗散的能量、荧光诱导曲线初始斜率值则低于策勒绿洲生境品种。因此, 两种生境下环境因子发生了改变, 对牧草产生综合的胁迫作用; 策勒绿洲生境明显对牧草生长产生了抑制, 策勒绿洲生境牧草的色素含量降低以及PSII的机构遭到损坏, 导致反应中心一部分失活或裂解, 剩余有活性的反应中心的效率增加, 昆仑山生境则相对比较适宜牧草生长; 两种生境不同牧草叶绿素含量和叶绿素荧光参数的变化幅度不同。     

土壤水分胁迫对红砂幼苗叶绿素荧光和抗氧化酶活性的影响

以红砂(Reaumuria soongorica)2年生幼苗为材料,研究不同土壤水分处理下其叶绿素荧光参数、叶绿素含量和抗氧化酶活性等光合生理指标的变化特征。取得如下结果。(1)与对照组(CK)相比,中度胁迫(MS)和重度胁迫(SS)处理下红砂叶绿素含量分别降低了15.3%和25.7%,叶绿素(a/b)含量分别增加了7.4%和36.9%。表明胁迫处理导致色素含量和捕光色素复合体II含量下降,减少了其对光能的捕获,降低了光合机构遭受破坏的风险。(2)随着胁迫的加剧,初始荧光(Fo)呈升高趋势,而最大荧光(Fm)、PSII潜在光化学效率(Fv/Fo)和PSII最大光化学效率(Fv/Fm)呈明显降低趋势。说明胁迫使PSII结构与功能受到一定程度的损伤和破坏。(3)在胁迫处理下,抗氧化酶活性和丙二醛含量也发生了一定程度的变化,反映出红砂对胁迫环境有较强的耐受性。     

不同生境下骆驼刺与花花柴生态化学计量学特征的比较

以塔克拉玛干沙漠南缘典型荒漠豆科植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和菊科植物花花柴(Karelinia caspia)为对象,研究单一骆驼刺种群(LTC)、单一花花柴种群(HHC)及骆驼刺-花花柴群落(GSQL)中植物及土壤中碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)等养分的生态化学计量学特征。结果表明:骆驼刺-花花柴群落中土壤有效N(AN)、有效K(AK)含量及N∶P、N∶K显著高于单一花花柴种群;骆驼刺-花花柴群落中花花柴叶片的全N含量显著高于单一花花柴种群,骆驼刺-花花柴群落中骆驼刺叶片的全P含量显著高于单一骆驼刺种群。相关性分析显示:不同生境土壤的AK含量与N∶P及AN含量呈显著正相关,而与SOC呈负相关;不同生境下叶片中的全K含量与SOC、全N、全P含量呈显著正相关,叶片中的全N含量与SOC、全P亦呈显著正相关,而N∶P与SOC、全P含量呈显著负相关;土壤中SOC含量与叶片中全P、全K含量呈正相关,而与N∶K呈负相关;土壤有效N含量与叶片N∶K呈正相关,而与叶片4种元素含量均呈显著负相关;土壤有效K含量与叶片中4种元素含量均呈显著负相关,而与叶片N∶K呈正相关;土壤N∶P、N∶K则分别与叶中全C、全P、全K呈显著负相关。综合分析认为:相较于单一种群,骆驼刺与花花柴的群落能够在一定程度上提高土壤养分,改善植物的营养状况,显示出豆科植物骆驼刺在群落演替中重要作用。     

NaCl对4种荒漠豆科植物幼苗生理参数的影响

以塔中沙漠植物园引种成功的4种豆科植物紫穗槐(Amorpha fruticosa)、花棒(Hedysarum scoparium)、白柠条(Caragana korshinskii)和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)的幼苗为实验材料, 研究不同NaCl浓度处理30天其叶绿素荧光参数、叶绿素含量及叶片水势的变化特征。结果表明: 在不同浓度NaCl处理下, 骆驼刺和白柠条幼苗的叶绿素荧光参数、叶绿素含量及叶片水势的变化程度均低于紫穗槐和花棒; NaCl处理后骆驼刺和白柠条均具有较稳定的光合生理特征, 紫穗槐和花棒的稳定性则相对较差; 在NaCl处理时, 植物叶片水势的变化规律与叶绿素荧光参数具有一定的相关性, 它们可以反映幼苗对NaCl处理的不同响应。     

不同剂量~(137)Cs-γ辐射对毛竹幼苗叶片叶绿素荧光参数的影响

利用不同剂量的137Cs-γ射线对毛竹(Phyllostachys heterocycla ‘Pubescens’)种子进行辐射,测定实生苗叶片中的光合色素含量和叶绿素荧光参数等指标,探讨辐射对毛竹幼苗生长的影响,为筛选有利的突变单株奠定良好基础。结果表明:30或60Gy的137Cs-γ射线辐射后,毛竹幼苗的光合色素含量以及最大荧光强度(Fm)、可变荧光强度(Fv)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)、PSII的潜在活性(Fv/Fo)、PSII实际光化学效率(Yield)和表观光合电子传递速率(ETR)等荧光参数值均高于90Gy辐射处理,说明较低剂量辐射后PSII反应中心的能量捕获效率高,且具有较强的光合能力;而90Gy的137Cs-γ射线辐射对毛竹的影响则与之相反。不同处理剂量之间叶片光能耗散程度以及表观光合电子传递速率-光合有效辐射(ETR-PAR)响应曲线的分析结果也进一步证实了以上结论。     

乙草胺对葡萄叶片光合和叶绿素荧光特性及叶绿体结构的影响

以沙培1年生巨峰葡萄为材料,研究土施乙草胺对葡萄叶片光合、叶绿素荧光特性和叶绿体结构的影响.结果表明：喷施初期(处理后第13天),上部叶片净光合速率和气孔导度显著下降,PSII最大光化学效率和实际光化学效率显著低于对照,快速叶绿素荧光诱导动力学曲线中J点和K点荧光显著上升,性能指数PI_ABS显著下降,其PSII反应中心和放氧复合体受损伤程度显著高于中部叶片,但随着处理时间的延长,受损伤的程度减轻.在喷施后期(处理后第60天),上部叶片与中部叶片各指标之间的差距变小;下部叶片对除草剂的响应滞后,PSII反应中心和放氧复合体受到较大损伤,J点和K点荧光上升及PI_ABS下降的幅度高于中、上部叶片.乙草胺处理后第60天,葡萄叶片可溶性糖和淀粉含量增加,中、上部叶片色素含量显著下降,叶绿体膜受损,叶绿体变小,片层结构模糊或间隙增大.表明土施乙草胺可传导至葡萄地上部,导致叶片光合机构损伤、PSII活性下降和光合速率降低.     

骆驼刺在不同遮阴下的水分状况变化及其生理响应

为了研究骆驼刺(Alhagi sparsifolia)在不同遮阴环境下的生理适应性, 以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲外围骆驼刺为试验材料, 设置正常光照、中度遮阴(70%自然光)、重度遮阴(30%自然光) 3种光照环境, 观测了遮阴90天后土壤含水率, 骆驼刺水势、气孔导度(G_s)、叶形态、叶绿素(Chl)含量、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量等在不同遮阴条件下的变化特征。结果显示: 随着遮阴强度的增大, 土壤含水率, 骆驼刺水势、G_s、比叶面积、Chl含量、类胡萝卜素含量有一定程度的增加; 骆驼刺叶片厚度、Pro含量、MDA含量、可溶性糖含量以及Chl a/Chl b有不同幅度的减少。结果表明: 一段时间内适度的遮阴在一定程度上降温增湿, 能够改善骆驼刺的生境, 从而避免高温强光和低水势对植物造成的伤害, 促进植物的生长, 但长期遮阴对植物的生长不利。因此建议通过短期的遮阴, 特别是在温度较高、光照较强的夏季正午前后对骆驼刺进行遮阴处理, 以达到对骆驼刺的逆境防护, 促进骆驼刺的生长。     

短期生长环境光强骤增导致典型阴生植物三七光系统受损的机制

阴生植物突然暴露在强光下造成光损伤的情况时有发生, 但其对高光敏感的潜在机制尚不十分清楚。为阐明阴生植物无法在自然全光照环境下生存的相关机制, 该研究以典型阴生植物三七(Panax notoginseng)为材料, 将遮阴环境下(10%透光率)生长的植株转移到全日光环境下3天, 研究其相对叶绿素含量(SPAD值)、光合参数以及叶绿素荧光参数的变化。结果表明, 全光环境下三七光合日变化呈现“双峰”曲线特征, 且净光合速率在处理期间逐日降低。全日光下三七叶片SPAD值、水分利用率和光能利用率显著降低; 叶片光系统I (PSI)反应中心P700最大荧光信号、光系统II (PSII)电子传递速率、暗适应下PSII最大量子效率和光下PSII最大量子效率显著低于遮阴环境下的植株, 且至傍晚不能完全恢复。而参与调节性能量耗散的量子产量、PSI受体侧限制引起的非光化学量子产量、环式电子流则显著高于遮阴环境下的三七。此外, 生长环境光照强度骤增导致荧光诱导动力学曲线发生明显变化, 并显著升高了PSII供体侧和受体侧的荧光产量。当阴生植物三七突然暴露于全光环境下时, 强烈的光照会导致PSII供体侧的放氧复合体活性受损, 抑制受体侧的电子传递, 过度还原PSI的受体侧进而引发PSI光抑制。该研究结果揭示, 全日光导致的PSII不可逆损伤和PSI光抑制可能是典型阴生植物三七为什么不能在全日照光环境下存活的重要原因。     

Senescence mechanisms induced by phloem girdling in Karelinia caspia

AimsSenescence constitutes the final stage of a plant’s organ and tissue development, and is subject to gene control and strict regulation. Plant senescence is largely influenced by carbohydrate content and phloem girdling can induce leaf senescence. Our general objective is to study the effect of stem girdling on physiological conditions in Karelinia caspia. Specifically, we want to know the senescence processes after phloem girdling. In addition, we also want to know the possible mechanisms for the senescence processes. MethodsThree different types of girdling treatments, normal branch, semi-girdling, and full-girdling were performed on K. caspia. Twenty days after girdling, photosynthetic pigments content, photosynthetic rate, soluble sugar content, starch content, abscisic acid (ABA) content, and leaf water potential were measured.Important findings Phloem girdling can largely induce leaf senescence in K. caspia, and the reasons for leaf senescence may be as follows: girdling resulted in carbohydrate accumulation in leaf which subsequently led to “carbon feast” induced leaf senescence; girdling caused ABA accumulation in leaf and then resulted in senescence; girdling decreased water status, which may be another reason for leaf senescence. Compared with natural senescence, girdling induced senescence was a disorder and disorganized process, only a limited physiological process can be controlled by senescence related gene in the girdling induced senescence process. The most important role for carotenoids in the senescence process is to protect the photosynthetic apparatus from being damaged by excess light and reactive oxygen species. Many physiological indicators declined in the semi-girdled K. caspia leaves just like full-girdled leaves, indicating that portion (e.g. half) of the phloem cannot undertake the transport flux which was done by the whole phloem sieve.     

不同光强下细胞外三磷酸腺苷对菜豆叶片光化学反应特性的影响

三磷酸腺苷(ATP)不但分布在细胞内部, 而且广泛存在于动物和植物细胞的细胞外基质中。细胞外ATP (eATP)可与细胞膜表面相应的受体结合并激发细胞内的第二信使, 从而调节细胞的多种生理学功能。但目前对于eATP是否也能对植物的光合作用产生影响则研究较少。该文以菜豆(Phaseolus vulgaris)叶片为实验材料, 研究了在不同光强下eATP对菜豆叶片叶绿素荧光特性和光合放氧速率的影响。结果显示, 随着光强的增加, 叶片的光适应下最大光化学效率(F_v′/F_m′)、光系统II (PSII)实际光化学效率(Y(II))、光化学猝灭系数(q_P)均呈现下降趋势, 而电子传递速率(ETR)、非光化学猝灭系数(q_N)以及调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))随着光强的增加呈上升趋势。与对照相比, eATP的处理可以显著提高菜豆叶片PSII的潜在最大光化学效率(F_v/F_m)、Y(II)、q_P、ETR和光合放氧速率; 但eATP的处理对F_v′/F_m′、q_N以及Y(NPQ)没有显著影响。AMP-PCP (β,γ-亚甲基三磷酸腺苷, eATP细胞外受体的抑制剂)的处理显著降低了F_v/F_m、F_v′/F_m′、Y(II)、ETR和光合放氧速率, 同时也显著增加了q_N以及Y(NPQ)的水平。以上结果显示, 植物eATP水平的变化对植物光合作用的光化学反应有着重要的影响。     

棉花苞叶光呼吸和PSII热耗散对土壤水分的响应

在新疆气候生态条件下, 采用膜下滴灌植棉技术, 设置不同滴灌水分处理, 研究了不同滴灌量条件下棉花(Gossypium hirsutum)苞叶和叶片碳同化、光呼吸作用、光系统II (PSII)热耗散作用及其光破坏防御机制的差异, 以揭示滴灌节水条件下棉花苞叶缓解光抑制的机理及与棉花抗旱特性的关系。结果表明: 棉花开花后苞叶及叶片在高温强光下实际光化学效率(Φ_PSII)显著降低, 发生明显的光抑制现象, 但苞叶的光抑制程度较叶片轻; 与正常滴灌量处理相比, 节水滴灌条件下棉花水分亏缺, 叶片净光合速率(P_n)、Φ_PSII、光呼吸(P_r)、光化学猝灭系数(q_P)降低, 非光化学猝灭系数(NPQ)升高, 叶片光抑制程度加重, 而苞叶P_n、Φ_PSII、P_r、q_P、NPQ变化不大, 与正常滴灌量处理相比, 光抑制程度无显著差异。苞叶光呼吸速率与光合速率的比值(P_r/P_n)显著高于叶片; 滴灌节水条件下棉花适度水分亏缺对苞叶光呼吸及P_r/P_n无显著影响。高温强光下, 棉花节水滴灌对叶片PSII量子产量的转化与分配影响显著, 但对苞叶的影响不显著; 苞叶非调节性能量耗散的量子产量(Y(NPQ))高于叶片, 因此能有效地将PSII的过剩光能以热的形式耗散。综上所述, 与叶片相比, 苞叶对轻度水分亏缺不敏感, 是棉花适应干旱逆境较强的器官, 苞叶光呼吸和热耗散作用对光破坏防御具有重要意义。     

风蚀和沙埋对塔克拉玛干沙漠南缘骆驼刺水分和光合作用的影响

塔克拉玛干沙漠南缘风沙活动十分频繁, 风蚀和沙埋是该地区自然植被生长发育的重要影响因子。该文以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-沙漠过渡带为研究区, 以该区域主要建群种植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为研究对象, 对一次强沙尘天气过后沙丘表面5种不同风蚀沙埋状况的骆驼刺植物进行标定(包括10 cm风蚀、5 cm风蚀、不蚀不积、10 cm沙埋、30 cm沙埋), 天晴后测定其叶水势、叶片含水量、光合参数和叶绿素荧光等参数, 分析研究自然环境条件下风蚀和沙埋对骆驼刺水分和光合作用的影响。结果表明: (1)风蚀显著降低了骆驼刺叶水势和叶片含水量, 进而导致植物气孔导度降低, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的下降。风蚀的植物水分利用效率低于沙埋, 特别是在10 cm风蚀深度明显降低。 (2)沙埋增加了骆驼刺的叶水势、叶片含水量和气孔导度, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的上升, 水分利用效率也得到提升。(3)风蚀条件下骆驼刺所受胁迫增加, 但可以通过增加活性反应中心的数量和光化学效率来抵消胁迫造成的不利影响。沙埋条件下骆驼刺受胁迫减轻, 反应中心吸收的光能和用于光化学反应的能量随着沙埋程度增加而减小, 这是骆驼刺适应风沙环境的一种生存策略。(4)与5 cm风蚀以及10 cm沙埋相比, 10 cm风蚀显著抑制骆驼刺的生长, 30 cm沙埋则会显著促进骆驼刺的生长。     

Effects of wind erosion and sand burial on water relations and photosynthesis in Alhagi sparsifolia in the southern edge of the Taklimakan Desert

塔克拉玛干沙漠南缘风沙活动十分频繁, 风蚀和沙埋是该地区自然植被生长发育的重要影响因子。该文以塔克拉玛干沙漠南缘策勒绿洲-沙漠过渡带为研究区, 以该区域主要建群种植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia)为研究对象, 对一次强沙尘天气过后沙丘表面5种不同风蚀沙埋状况的骆驼刺植物进行标定(包括10 cm风蚀、5 cm风蚀、不蚀不积、10 cm沙埋、30 cm沙埋), 天晴后测定其叶水势、叶片含水量、光合参数和叶绿素荧光等参数, 分析研究自然环境条件下风蚀和沙埋对骆驼刺水分和光合作用的影响。结果表明: (1)风蚀显著降低了骆驼刺叶水势和叶片含水量, 进而导致植物气孔导度降低, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的下降。风蚀的植物水分利用效率低于沙埋, 特别是在10 cm风蚀深度明显降低。 (2)沙埋增加了骆驼刺的叶水势、叶片含水量和气孔导度, 并引起植物光合速率和蒸腾速率的上升, 水分利用效率也得到提升。(3)风蚀条件下骆驼刺所受胁迫增加, 但可以通过增加活性反应中心的数量和光化学效率来抵消胁迫造成的不利影响。沙埋条件下骆驼刺受胁迫减轻, 反应中心吸收的光能和用于光化学反应的能量随着沙埋程度增加而减小, 这是骆驼刺适应风沙环境的一种生存策略。(4)与5 cm风蚀以及10 cm沙埋相比, 10 cm风蚀显著抑制骆驼刺的生长, 30 cm沙埋则会显著促进骆驼刺的生长。     

Effects of shading on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters in leaves of Hydrangea macrophylla

Aims The objectives were to investigate the effects of different light intensities on photosynthetic characteristics and chlorophyll fluorescence parameters, to clarify the physiological responses and photo-protective mechanisms of Hydrangea macrophylla to changes in light regimes in view of the distribution of energy absorbed and photosynthetic characteristics.Methods Three light regimes including natural and shade (shading rate 50% and 75% of natural light) were applied to plants for 60 days. After the treatment, the gas-exchange, chlorophyll a fluorescence and photosynthesis-light curves were measured by a portable leaf gas exchange system (LI-6400).Important findings The results showed that the weak light intensity treatment reduced dark respiration rate, light compensation point and light saturation point of plant, but increased apparent quantum yield, suggesting that plants had the physiological strategy to utilize the weakening light by reducing respiration. The net photosynthetic rate, intercellular CO₂ concentration, transpiration rate and water use efficiency of plants grown below 50% of natural light showed significant difference compared with natural and shading rate 75% of natural light. There were significant difference between natural and shade treatments in the maximal quantum efficiency of PSII (F_v/F_m), as indicated that it was significantly less at full light than that at 50% of natural light. Initial fluorescence intensity (F_o) of plants was higher at full light than that at 50% of natural light, suggesting that photoinhibition occurred in natural light. The non-photochemical quenching (NQP) decreased with the aggravation of shade stress, indicating that shading decreased the efficiency of photochemical reaction by reducing the fraction of incident light in photochemical energy utilization and decreased thermal dissipation through regulating energy distribution in photosystem II (PSII) in the leaves of Hydrangea macrophylla. In general, the 70% of incident light in photochemical energy utilization was distributed to thermal dissipation, 20% was distributed to non-regulated energy dissipation and 4% was distributed to effective photochemical reaction. In conclusion, responses of plants to increased irradiance are governed by strategy: to utilize a high fraction of incident light in photochemistry and regulate energy dissipation in PSII and weaken the accumulation of excess excitation energy in PSII to protect the photosynthetic apparatus in the leaves of H. macrophylla under saturated radiation.