干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗非结构性碳水化合物代谢对NO的响应

以紫花苜蓿（Medicago sativa）为材料,采用盆栽试验方法,用聚乙二醇（PEG-6000）作为渗透介质模拟干旱胁迫,外源喷施NO供体硝普钠,NO清除剂（carboxy-PTIO,cPTIO）,对紫花苜蓿幼苗叶片、根系中非结构性碳水化合物含量及相关酶活性的变化进行研究,探讨NO对紫花苜蓿耐旱机制的作用。结果表明：外源NO促进了紫花苜蓿叶片中淀粉的分解、根系中淀粉的积累,提高叶片及根系中可溶性糖（蔗糖、果糖和葡萄糖）含量,降低了渗透势,促进细胞吸水,缓解干旱造成的损伤。此外,外源NO能提高干旱胁迫下紫花苜蓿叶片中蔗糖合成酶（SS）、酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）活性,降低了蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性,提高根系中SS、SPS和转化酶活性,使蔗糖的合成与分解处于高水平的动态平衡,增强了紫花苜蓿的抗旱性。而NO清除剂cPTIO则会不同程度的抑制紫花苜蓿幼苗中非结构性碳水化合物（NSC）及其相关酶活性。因此,NO可以通过调控NSC的代谢响应干旱胁迫,缓解干旱胁迫造成的不利影响,在紫花苜蓿的抗旱中扮演着重要的角色。     

桑苗非结构性碳水化合物和生长激素对水淹胁迫的响应

桑(Morus alba)具有较强的耐水淹特性, 为了探究水淹胁迫对其非结构性碳水化合物和生长激素的影响, 揭示变化规律, 该研究采取室内模拟水淹实验, 以三年生盆栽桑苗作为研究对象, 设置对照组(CK)、根淹组(GY)、浅淹组(QY)、深淹组(SY)等4个不同水淹胁迫的处理, 定期观测并记录桑苗叶片非结构性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)含量、内源生长激素(乙烯、脱落酸、赤霉素)含量变化情况。研究结果表明: (1)水淹胁迫会促进桑苗叶片内的生化反应, 造成叶片可溶性糖含量增加。水淹75天, GY、QY、SY桑苗叶片可溶性糖含量较水淹前分别增加182.18%、170.21%和94.16%, 差异显著, 且显著高于CK。水淹胁迫下桑苗叶片淀粉含量在水淹0-50天无显著变化, 水淹75天, GY、QY、SY桑苗叶片淀粉含量较水淹50天分别增加290.84%、244.65%和130.04%, 差异显著, 且显著高于CK。(2)水淹胁迫下桑苗叶片乙烯和赤霉素含量均显著增加, 水淹75天, GY和SY桑苗乙烯含量较水淹前分别增加62.80%和26.78%, 差异显著; GY、QY和SY桑苗赤霉素含量分别增加27.48%、18.02%和25.04%, 差异显著。随着水淹时间增加, GY和SY桑苗乙烯和赤霉素含量总体均呈增加趋势, QY桑苗乙烯和赤霉素含量先增后减, 但仍高于水淹前。水淹胁迫下水淹各组桑苗叶片脱落酸含量随着水淹深度的增加而增加, 水淹75天, QY和SY桑苗叶片脱落酸含量较水淹前分别增加19.20%和36.16%, 差异显著; GY桑苗脱落酸含量无显著变化。上述研究结果表明桑苗可通过调整体内非结构性碳水化合物(可溶性糖和淀粉)的含量和分配, 同时通过积累乙烯、赤霉素、脱落酸等内源激素以适应水淹环境, 具有较强耐淹能力。     

干旱胁迫对杉木无性系非结构性碳水化合物含量的影响

以杉木Cunninghamia lanceolata 6个优良无性系组培移栽苗为试材,对聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫条件下各无性系针叶淀粉、可溶性糖及非结构性碳水化合物(NSC)总量进行测定。结果显示,干旱胁迫致使杉木无性系针叶淀粉含量下降、可溶性糖含量有所提高,NSC含量呈下降趋势(除T-cF1无性系外)。干旱胁迫条件下,可溶性糖含量与针叶相对含水量、丙二醛含量间呈显著正相关(P<0.05),而淀粉含量、NSC与过氧化氢酶活性间均为显著负相关(P<0.05)。     

环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响

非结构性碳水化合物在海草体内的代谢对植株的生长有重要影响。为更好地跟踪非结构性碳水化合物在海草响应环境胁迫中所起的作用,根据国内外最新文献,重点综述了光强、营养盐、盐度、海洋酸化、温度、硫化物和动物摄食等环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响。光限制和富营养化均降低非结构性碳水化合物的合成,并使之从地下根茎转移到叶;而海洋酸化却促进非结构性碳水化合物合成并向地下组织转移;盐度变化改变海草体内渗透压,需要非结构性碳水化合物的新陈代谢来维持;温度通过影响光合作用、呼吸作用、氮代谢来影响非结构性碳水化合物的合成与储存;而硫化物和动物摄食则分别通过抑制海草酶的活性和啃食海草光合组织,减少非结构性碳水化合物的合成和储存。同时指出了一些今后关于海草非结构性碳水化合物的重点研究方向:(1)海草不同生命阶段(种子休眠和萌发,发育,繁殖等)非结构性与结构性碳水化合物之间,以及可溶糖与淀粉之间的转化分配机制;(2)双环境因子或者多环境因子对海草非结构性碳水化合物的耦合作用;(3)非结构性碳水化合物作为海草床生态系统健康评价指标的研究与应用。     

黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫与CO2倍增的响应

以‘津优1号’黄瓜水培幼苗为试材,采用裂区设计,主区设大气CO2浓度(约380μmol·mol-1)和倍增CO2浓度(760±20μmol·mol-1)2个CO2浓度处理,裂区设无干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫3个水分处理(以PEG 6000模拟根际干旱胁迫),研究了黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫和CO2倍增的响应.结果表明:CO2倍增促进了黄瓜叶片中非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖、水苏糖)的积累,降低了渗透势,提高了黄瓜的耐旱性.在干旱胁迫处理过程中,叶片中蔗糖合成酶、可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性先上升后下降;根中可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性则逐渐上升,蔗糖磷酸合成酶活性先上升后下降.CO2倍增提高了蔗糖合成酶的活性而降低了蔗糖磷酸合成酶的活性,这两种酶和转化酶相互配合,促进了蔗糖的分解和抑制蔗糖合成,导致己糖积累,从而降低了细胞的渗透势,增强吸水能力.因此,CO2倍增能缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高黄瓜的耐旱性,并且这种缓解效应在干旱胁迫严重时表现更为明显.     

油松幼苗非结构性碳水化合物对干旱胁迫的阶段性响应

为探讨干旱胁迫对油松非结构性碳水化合物（NSC）的影响及其响应机制,以2年生油松幼苗为对象,设置适宜水分、轻度、中度和重度干旱胁迫处理（即80%、60%、40%和20%田间持水量）,比较幼苗在不同胁迫时间（15、30、45和60 d）各器官NSC含量的变化规律。结果表明：不同干旱胁迫处理程度与时间对油松幼苗当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根的可溶性糖、淀粉及总NSC含量均具有显著交互作用。干旱胁迫15 d时,当年生叶NSC含量在干旱胁迫处理显著低于适宜水分处理,细根NSC含量在轻度和重度胁迫处理显著高于适宜水分处理。干旱胁迫45 d时,随着胁迫程度增加,当年生叶、1年生叶、茎、粗根和细根淀粉含量均呈增加趋势。干旱胁迫60 d时,随着胁迫程度增加,细根淀粉含量呈下降趋势,细根可溶性糖及NSC含量在胁迫处理显著低于适宜水分处理。综上所述,油松幼苗胁迫初期,NSC优先供给细根以促进吸收水分,而长期胁迫,将导致NSC向下运输受阻,根系生长和吸收功能下降。这种NSC对干旱胁迫阶段性响应策略的揭示为东北地区油松幼苗造林最佳时间选择及水分管理提供数据支持。     

黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫与CO2倍增的响应

以‘津优1号’黄瓜水培幼苗为试材,采用裂区设计,主区设大气CO₂浓度(约380 μmol·mol^-1)和倍增CO₂浓度(760±20 μmol·mol^-1)2个CO₂浓度处理,裂区设无干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫3个水分处理(以PEG 6000模拟根际干旱胁迫),研究了黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫和CO₂倍增的响应.结果表明: CO₂倍增促进了黄瓜叶片中非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖、水苏糖)的积累,降低了渗透势,提高了黄瓜的耐旱性.在干旱胁迫处理过程中,叶片中蔗糖合成酶、可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性先上升后下降;根中可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性则逐渐上升,蔗糖磷酸合成酶活性先上升后下降.CO₂倍增提高了蔗糖合成酶的活性而降低了蔗糖磷酸合成酶的活性,这两种酶和转化酶相互配合,促进了蔗糖的分解和抑制蔗糖合成,导致己糖积累,从而降低了细胞的渗透势,增强吸水能力.因此,CO₂倍增能缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高黄瓜的耐旱性,并且这种缓解效应在干旱胁迫严重时表现更为明显.
     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢的影响

以燕麦品种‘燕科2号’为试验材料,采用盆栽方式,分别在正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)和重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分条件下喷施腐植酸(HA)和等量清水(CK),对燕麦叶片中非结构性碳水化合物(NSC)含量及相关酶活性和籽粒产量进行测定,以明确腐植酸在干旱胁迫下对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢变化的影响,探讨HA对燕麦耐旱性的影响及其作用机制。结果表明：(1)随着土壤水分含量的减少,燕麦叶片中蔗糖和淀粉含量逐渐显著降低,蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著降低,而酸性转化酶(S AI)和淀粉水解酶(α GC)活性显著提高。(2)燕麦叶片可溶性总糖和还原糖含量随着土壤水分含量的减少表现出先升高后降低的变化趋势,导致籽粒产量显著下降,且干旱胁迫程度越重变化幅度越大。(3)叶面喷施HA能不同程度提升中度和重度干旱胁迫下燕麦叶片中上述非结构性碳水化合物含量,并调节相关酶活性,显著提高籽粒产量,并在重度胁迫下的效果更佳。研究发现,腐植酸可以通过调控燕麦叶片NSC的代谢来响应干旱胁迫,降低叶片细胞渗透势,有效缓解干旱胁迫造成的损伤,增强植株耐旱性。     

小麦幼苗叶片抗氰呼吸对轻度水分胁迫的响应

小麦幼苗经－０．５ＭＰa聚乙二醇（ＰＥＧ－６０００）溶液暗中渗透迫０、６、１２、１８、２４、３０、３６、４２、４８h,叶片的总呼吸速率（Ｖt)呈现先上升后降低的趋势,交替途径呼吸也表现出相同的变化模式。水分胁迫初期（０－１２h),交替途径容量（Ｖalt)、实际运行活性（ρValt)及运行系数（ρ值）均上升,此后（１８－４８h）逐渐下降,水分胁迫也影响了呼吸电子流在２条呼吸途径中的分配比例,胁迫初期的０－１２h内,流经交替途径的电子流增多,而流向细胞色素主路的电子流减少,但随着胁迫时间的延长,交替途径的贡献降低,而细胞色素主路的贡献增加,说明小麦叶片的抗氰呼吸在水分胁迫初期被诱导增加,而随着胁迫进行的延长又表现为下降。     

川西云杉幼苗非结构性碳水化合物对土壤温度和水分变化的响应

选取5年生川西云杉（Picea balfouriana）幼苗作为试验材料,于生长季模拟土壤温度和水分变化,研究不同土壤温度和水分处理对幼苗各器官生物量和非结构性碳水化合物（NSC）浓度的影响,以期加深对高海拔树木碳水化合物生理的理解,并为全球气候变化下植物的生理生态响应和动态变迁研究提供基础数据。于人工气候室内采用嵌套设计,设置5个土壤温度梯度（2、7、12、17、22℃）,每个温度处理下3个土壤水分处理（干旱处理、正常水分含量处理、饱和水分含量处理）。每9株幼苗为同一个处理,共135株幼苗。试验处理4个月后,测定幼苗各器官生物量、可溶性糖、淀粉和NSC浓度。土壤温度对幼苗总生物量无显著影响,但土壤低温显著降低了根生物量和根冠比;干旱和饱和水分胁迫在较高的土壤温度处理下显著降低了根生物量和根冠比。随着土壤温度降低,各器官可溶性糖、淀粉和NSC浓度并未降低,反而呈现出升高或不变的趋势。。在土壤低温处理下（2和7℃）干旱显著降低了当年生叶的淀粉和NSC浓度以及当年生枝的淀粉浓度;在2和7℃时,干旱和饱和水分胁迫显著降低了根中淀粉和NSC浓度。土壤低温和水分胁迫对幼苗地上地下生物量分配影响显著,分配给光合器官的生物量相对增多。土壤低温并没有导致碳受限,甚至各器官NSC浓度随着土壤温度降低有升高的趋势,因此,土壤低温下非结构性碳水化合物的不足不是限制川西云杉幼苗存活和生长的原因,从侧面支持了林线形成的"生长抑制"假说。此外,干旱胁迫在土壤低温下很可能会导致川西云杉的"碳饥饿"。     

Pools of non-structural carbohydrates in soybean root nodules during water stress

The aim of this study was to examine how the pools of non-structural carbohydrates in soybean nodules are affected under water stress conditions depending on the nature of the symbiont strains with particular emphasis on the plant-borne carbohydrates sucrose and pinitol, and on trehalose, a compatible solute synthesized by the bacteroids. Soybean ( Glycine max [L.] Merr. cv. Maple Arrow) plants were inoculated with the nitrogen-fixing strains Bradyrhizobium japonicum 61-A-101 or USDA 110 spc4 and cultivated axenically under conditions in which nodules formed in an upper soil compartment while roots for water supply grew into a compartment filled with nutrient solution. When the nodules were well established (1 month post inoculation), 10% (w/v) PEG 6000 was added to the nutrient solution. This led to a slowly progressing, moderate water stress, as determined by measuring the decrease of transpiration, and to a decrease in nitrogen fixation. The pool sizes of the major non-structural nodule carbohydrates changed during progression of water stress. Sucrose, the major soluble carbohydrate in nodules of unstressed plants (2 and 4%, respectively of nodule dry weight depending on symbiont strain), strongly increased in nodules of stressed plants, reaching nearly 10% of dry weight. The activities of two major sucrose-consuming enzymes, sucrose synthase and alkaline invertase, decreased markedly in nodules of stressed plants. Starch decreased only transiently upon water stress. Pinitol, a cyclitol serving as compatible solute in many plants, increased more than 4 times, reaching about 1% of nodule dry weight during the stress. Trehalose, the major soluble carbohydrate synthesized by the bacteroids, increased in nodules colonized by USDA 110 spc4 from about 0.2 to 0.8% of nodule dry weight, while in nodules colonized by 61-A-101 it amounted to more than 1.5% of dry weight both with and without stress.     

去叶对青杨雌雄植株生长和非结构性碳水化合物的影响

近年来,森林食叶害虫在全世界呈爆发趋势.树木的非结构性碳水化合物(NSC)如何响应叶片损失对其生长和生存至关重要.雌雄异株植物在维持森林生态系统稳定性方面扮演着重要角色.然而,目前对该类植物性别之间如何响应去叶的研究还比较少.本文以我国重要的经济和生态恢复树种青杨(Populus cathayana)为研究材料,比较了...     

人工油松林中不同植物叶片非结构性碳水化合物含量对氮添加的响应

全球氮沉降通过影响树木叶片的生理过程影响森林生态系统的结构与组成,但目前关于氮沉降对森林生态系统中不同植物叶片非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响还不十分清楚.本研究选取黄土丘陵区人工油松林中油松、辽东栎、忍冬、绣线菊、黄刺玫、茜草、披针苔草7种主要高等植物,比较了3年氮添加(0、3、6、9 g N·m^-2·a^-1,分别用N₀、N₃、N₆、N₉表示)对7种植物叶片中NSC的影响.结果表明: 不同植物叶片可溶性糖、淀粉含量变异很大,二者变异最高的均为黄刺玫,最低的分别为绣线菊和披针苔草;不同植物可溶性糖、淀粉对氮添加的响应存在明显差异.N₆处理下茜草的可溶性糖和淀粉的变异高于其他物种,N₃和N₉处理下绣线菊的变异高于其他物种,可溶性糖和淀粉含量变异最小的物种在不同氮添加水平下不同.随着氮添加水平的增加,油松和披针苔草的可溶性糖含量持续升高,绣线菊持续降低,辽东栎、忍冬和黄刺玫的可溶性糖含量先降低后增加,在N₆处理达到最小,而茜草的可溶性糖含量呈现较复杂的变化趋势.氮添加对植物叶片中淀粉含量的影响表现为油松、忍冬和披针苔草的淀粉含量持续增加,绣线菊先降低后增加,在N₃处理达到最小,而黄刺玫和茜草则呈现较复杂的变化趋势,辽东栎淀粉含量变化趋势平缓.在氮添加后,土壤pH、有机碳、全氮、全磷与植物叶片NSC含量无相关关系,仅N₀和N₃水平下上述土壤理化指标会显著影响可溶性糖/淀粉.表明林地不同植物叶片中NSC含量对氮添加的响应明显不同,研究全球氮沉降或氮添加对林地生态系统的影响需要考虑不同植物,尤其不同生活型植物的不同响应.     

5个温带树种冠层枝叶非结构性碳水化合物浓度的空间变异

非结构性碳水化合物(NSC)是树木存活和生长的重要能源物质。冠层NSC不但是全树NSC的来源,也是全树NSC的重要储存库。然而,冠层NSC空间变异的研究较少,因而影响了树木NSC分配的估算精度。以红松(Pinus koraiensis)、兴安落叶松(Larix gmelinii)、水曲柳(Fraxinus mandshurica)、蒙古栎(Quercus mongolica)和白桦(Betula platyphylla)5个温带树种为研究对象,测定了不同高度冠层叶和细枝(直径≤3 cm)NSC浓度,分析了粗枝(一级侧枝)枝皮、边材和心材NSC浓度轴向变化及其与枝径的关系。结果表明:(1)除了5月末兴安落叶松树冠中层叶淀粉浓度显著高于树冠下层,以及8月中旬树冠上层叶可溶性糖浓度显著高于树冠中层之外,其他树种冠层叶NSC浓度的垂直变化不显著。常绿树种红松叶龄对NSC浓度的影响在生长季中期显著,但在生长季末期和休眠季节的影响不显著。(2)除了5月末红松树冠上层细枝可溶性糖浓度显著高于树冠中层之外,其他树种不同高度冠层间细枝NSC浓度差异不显著。(3)在纵向上,阔叶树种蒙古栎、水曲柳和白桦粗枝的枝皮、边材和心材NSC浓度多随着距树枝基部距离的增加而升高;在径向上,NSC浓度(除了水曲柳边材淀粉和白桦枝皮淀粉之外)多随着枝径增加而降低,表明树枝中的NSC浓度随着远离碳源而降低。总体上,5个温带树种冠层叶、细枝NSC浓度的空间变异不显著,但枝径和叶龄对NSC浓度的影响因树种、组织和季节而异,这在未来研究中应予考虑。     

特定化合物同位素分析技术在树木非结构性碳水化合物研究中的应用

特定化合物同位素分析(CSIA)可以实现对复杂基质中特定化合物稳定碳同位素组成(δ¹³C)的精确测定。应用此方法测定树木非结构性碳水化合物(NSC)中特定成分(如糖类、有机酸和糖醇)的δ¹³C,不仅能够追踪新同化的光合产物在树木中的运移及与外界的碳交换,还能够更敏感地指示树木生理状况对环境变化的响应。本文首先系统介绍了CSIA从样品采集、处理到δ¹³C测定的方法,然后综述了树木NSC中各成分之间及各成分在不同器官之间的δ¹³C差异,阐述了树木NSC的δ¹³C时间动态变化特征及内在机制,最后分析了NSC作为主要呼吸底物,其δ¹³C与树木呼吸释放CO₂的δ¹³C(δ¹³C_R)之间的联系,并针对CSIA分析技术在后光合分馏、树木逆境生理和年轮δ¹³C形成机制等研究的应用前景提出了展望。     

圆叶玉兰叶片非结构性碳水化合物与氮、磷含量对海拔的响应

非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates, NSC)、氮(N)和磷(P)是植物生长的重要能源物质和影响植物分布的限制生长因子,圆叶玉兰(Magnolia sinensis)是四川省特有的珍稀濒危极小种群野生植物,研究其NSC、N和P可以反映它的营养供应水平及对环境的适应策略。选取芦山6个海拔梯度(1840,1960,2070,2170,2270,2390 m)的圆叶玉兰为对象,研究不同海拔下圆叶玉兰叶片中NSC与N、P及其化学计量间的关系。结果表明,圆叶玉兰叶片可溶性糖含量在2390 m处显著高于1840 m处, NSC含量在不同海拔差异极显著,随海拔增加呈"低-高-低"的单峰变化,2170 m处叶片NSC含量最高,碳水化合物供应充足;可溶性糖/淀粉的比值随海拔升高呈增大趋势,N含量和N/P比都随海拔上升而下降,且N/P比在各海拔上均小于14,NSC/N比在2390 m处显著高于1840 m处。总之,圆叶玉兰叶片的可溶性糖和NSC含量显著不受海拔的影响,较高的可溶性糖含量有利于抵御低温环境,其生长主要受氮元素限制而不受碳限制,反映了濒危植物圆叶玉兰在其有限的分布范围内NSC及N、P的保护策略,为圆叶玉兰的碳代谢和生长适应对策提供数据基础。