荒漠植物功能性状及其多样性对土壤水盐变化的响应

植物功能性状及其多样性对环境变化的响应研究有助于揭示极端环境下植物适应策略和群落构建机制。通过实地调查和实验分析,研究艾比湖荒漠植物形态、生理和化学等8个功能性状的特征,并从多维性状和一维性状角度揭示功能多样性对土壤水分和盐分变化的响应规律。结果表明:高水盐环境下(SW1),(1)群落加权株高、叶绿素含量(SPAD)及叶片碳(C)和钙(Ca)含量显著高于低水盐环境,叶片氮(N)、磷(P)、硫(S)含量在不同水盐环境间无显著差异。(2)SW1环境下,沿乔木-小乔木-灌木-草本层次,上层生活型植物性状值普遍高于下层植物,其中灌木叶片仅N、钾(K)含量显著高于草本;沿该生活型层次植物性状呈趋同变化。(3)低水盐环境下(SW2),乔木叶片性状差异特征与SW1相似;小乔木叶片C、N含量分别显著高于和低于灌木及草本;相比于草本,灌木SPAD、S含量显著高,K含量显著低,株高、C、N、P含量差异不显著;SW2环境下各生活型植物性状呈趋同变化。(4)SW1环境下多维功能丰富度、功能离散度显著高于SW2环境,但均匀度无显著差异。(5)一维功能均匀度在不同水盐环境间均无显著差异,但化学性状的均匀度总体高于植物株高;高水盐环境下叶片N、S和Ca的功能分异指数显著高于低水盐环境。研究为掌握胁迫环境下的植物适应策略和荒漠植被恢复提供参考。     

盐胁迫下红树植物秋茄(Kandelia candel)热值变化的研究

 研究了盐胁迫强度对培养170d的秋茄(Kandelia candel)幼苗根、茎、叶和胚轴热值及灰分含量的影响。结果表明盐胁迫强度对胚轴的热值及灰分含量的影响不明显,而根、茎和叶的热值及灰分含量明显受基质盐度影响。低盐条件下,根、茎和叶的热值随盐胁迫强度的提高而提高,而高盐胁迫时又随盐胁迫强度的提高而下降,与根、茎和叶的最高热值相对应的基质盐度分别为15‰、25‰和30‰。盐度15‰左右是秋茄幼苗最适生长区。热值可作为植物抗盐性的生理指标之一。     

红树植物淹水胁迫响应研究进展

潮汐淹水是红树植物面临的主要环境胁迫之一,也是导致目前红树林造林成活率低的一个关键因子。由于长期适应于水淹生境,红树植物发育出一套适应于潮间带生长的抗淹水机制。综述了与红树植物相关的抗淹水胁迫响应机制,包括了形态结构、生长、水分和光合作用、膜脂过氧化系统和根系脱氢酶系统、内源激素和胁迫多胺等5个方面。提出应用人工潮汐系统研究红树植物的淹水抗性机理是确定不同种类红树植物的耐淹水能力的有效手段。并指出生长的研究是淹水胁迫响应研究的基础,而与分子手段相结合的激素水平的研究将在红树植物抗性胁迫研究中得到重视。     

植物盐胁迫蛋白

本文概述了植物盐胁迫蛋白(saltstress proteins)的种类、性质、分布和可能的生理意义以及与其他逆境蛋白的联系,并介绍对植物耐盐性分子基础的探索。     

盐生植物碱地肤对盐碱胁迫的生理响应特点

以天然盐生植物碱地肤(Kochia sieversiana)为材料,采用人工生态模拟方法对其施加0~480mmol/L的盐胁迫(摩尔比1∶1的NaCl和Na2SO4)和碱胁迫(摩尔比1∶1的NaHCO3和Na2CO3),测定了盐碱胁迫下的相对生长率(RGR)、叶绿素含量及丙二醛含量.结果表明:低浓度的盐胁迫(80mmol/L)对碱地肤的生长具有刺激作用,其在高达480mmol/L的盐胁迫或400mmol/L的碱胁迫下仍能存活并维持一定的生长,具有强抗盐性和强抗碱性;在相同盐浓度下,碱地肤受碱胁迫的伤害强度和对碱胁迫所做出的胁变反应均大于对盐胁迫.可见,碱地肤的抗盐性强于抗碱性,受碱胁迫的伤害大于盐胁迫,维持高含水量可能是碱地肤适应高强度盐碱胁迫的重要特性.     

植物盐胁迫响应基因表达的器官组织特异性

盐胁迫下植物的质子泵等基因的表达有器官组织差异性 ,因此在利用基因工程提高作物的抗盐性时 ,要使相关基因在合适的部位表达才有可能培育出抗盐作物。     

植物响应盐胁迫的机制研究进展

盐胁迫影响植物生长发育,制约农作物安全生产。细胞内钠离子毒害是导致盐胁迫的主要因素之一,细胞内积累过多的钠离子会抑制光合作用及蛋白合成等一系列生理生化活动。因此,植物细胞内钠离子动态平衡对于维持植物正常生长发育至关重要。本文从盐胁迫对植物的危害、钠离子转运、信号传导等方面来阐述植物应答高盐胁迫的研究进展,以推动对植物盐胁迫响应机制的研究。     

蛋白质组学研究揭示的植物根盐胁迫响应机制

植物根是感知外界盐胁迫信号的首要器官。近年来,人们利用高通量的差异表达蛋白质组学技术,分析了水稻(Oryzasativa)、拟南芥(Arabidopsis thaliana)、大豆(Glycine max)、大麦(Hordeum vulgare)、小麦(Triticum aestivum)、木榄(Bruguieragymnorhiza)和匍匐翦股颖(Agrostis stolonifera)等植物根应答盐胁迫过程中蛋白质组的动态变化特征。通过整合植物根响应盐胁迫蛋白质组学研究结果,揭示了植物根部响应盐胁迫的多种调节机制,包括:利用多种信号通路与蛋白质磷酸化/去磷酸化感知并传递盐胁迫信号;通过膜蛋白与转运蛋白调节离子吸收/外排与区室化;通过抗氧化酶系统活性清除活性氧,并通过合成多种渗透调节物质与防御物质减轻细胞受到的伤害;通过改变参与糖类与能量代谢相关酶的表达调节能量代谢水平;通过细胞骨架动态重塑保持正常的细胞结构、物质运输与信息传递;通过转录、翻译与翻译后调控调节各种蛋白质的动态变化与相互作用;通过调控各种基础代谢与次生代谢水平保持细胞结构与代谢状态正常。     

植物盐胁迫应答蛋白质组学分析

土壤盐渍化是限制植物生长和分布的关键因素之一,揭示植物盐胁迫应答的分子机理是借助分子生物学手段提高植物耐盐性的基础.近年来,人们利用高通量蛋白质组学技术分析了拟南芥、水稻等19种植物的盐胁迫应答蛋白质表达图谱.从植物类群(盐生植物和甜土植物)、组织器官(根、地上部分/茎、胚根和胚轴、叶片、花序和配子体)、细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞生物)和亚细胞结构(叶绿体、质膜和质外体)几方面整合分析了植物盐胁迫应答蛋白质组表达模式特征,主要特征包括:(1)盐生植物通过全面调节细胞骨架重塑、离子转运和区隔化、渗透平衡、活性氧(ROS)清除、信号转导、光合作用和能量代谢等信号与代谢网络体系,获得相对较高的抗/耐盐能力;(2)植物地上部分(叶片、茎、配子体)或光合组织细胞(悬浮培养细胞、愈伤组织细胞和单细胞盐藻)通过调节参与光合作用、碳和能量代谢、ROS清除过程蛋白质的表达模式应对盐胁迫环境;(3)植物地下部分(根、胚根)通过调控信号转导和离子转运相关蛋白质感知/传递盐胁迫信号并维持离子平衡;(4)花序中参与渗透调节、转录调控、蛋白质加工和ROS清除的蛋白质在盐胁迫条件下变化显著;(5)叶绿体通过调控参与光合作用、蛋白质加工和周转,以及氧化还原系统平衡等过程应对盐胁迫;(6)质外体中参与细胞壁代谢、胁迫防御和信号转导过程的蛋白质受盐胁迫影响明显;(7)细胞膜中参与维持膜结构稳定、物质/离子运输和信号转导过程的蛋白质对植物盐胁迫应答具有重要作用.这些分析为深入研究植物耐盐的分子机制提供了重要信息.     

植物盐胁迫应答的分子机制

植物对盐胁迫的耐受反应是个复杂的过程,在分子水平上它包括对外界盐信号的感应和传递,特异转基录因子的激活和下游控制生理生化应答的效应基因的表达。在生化应答中,本着重讨论负责维持和重建离子平衡的膜转运蛋白、渗调剂的生物合成和功能及水分控制。这些生理生化应答最终使得液泡中离子浓度升高和渗调剂在胞质中积累,近年来,通过对各种盐生植物或盐敏感突变株的研究,阐明了许多盐应答的离子转运途径、水通道和特种特异的渗调剂代谢途径,克隆了其相关基因并能在转基因淡水植物中产生耐盐表型,另一方面,在拟南芥突变体及利用酵母盐敏感突变株功能互补筛选得到一些编码信号传递蛋白的基因,这些都有助于阐明植物盐胁迫应答的分子机制。     

真红树和半红树植物叶片性状的比较研究

红树植物是一类生长在热带、亚热带海岸潮间带的乔木、灌木或草本植物,根据其分布特征可分为真红树植物植物和半红树植物。为了探究两者对海岸潮间带高盐、高光和缺氧等环境的生态适应策略的异同,该文选取5种真红树植物植物[卤蕨(Acrostichum aureum)、木榄(Bruguiera gymnorrhiza)、老鼠簕(Acanthus ilicifolius)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、秋茄(Kandelia candel)]和4种半红树植物[银叶树(Heritiera littoralis)、水黄皮(Pongamia pinnata)、黄槿(Hibiscus tiliaceus)、杨叶肖槿(Thespesia populnea)]为研究对象,对叶片解剖和功能性状进行了对比研究。结果表明:(1)9种红树植物叶片的共同特征表现为均具有角质层、叶肉具有栅栏组织和海绵组织分化、气孔下陷等。(2)不同之处在于真红树植物植物叶片有蜡质层和内皮层、无表皮毛、气孔仅分布在下表皮,而半红树植物的叶片则较少有蜡质层,部分有表皮毛,无内皮层,气孔在上下表皮分布不完全一致。(3)真红树植物植物的气孔密度和比叶面积显著小于半红树植物(P<0.05),而叶片厚度、含水量、比叶重和鲜干重比则显著大于半红树植物(P<0.05)。以上结果说明真红树植物植物的叶片性状使其在维持盐度平衡及贮水保水能力方面强于半红树植物,从而能更好地适应海岸潮间带高盐环境。     

亚热带次生常绿阔叶林植物功能性状及多样性对人工抚育的响应

亚热带次生常绿阔叶林普遍存在生长滞缓、固碳功能和经济价值低下等问题,迫切需要通过人工抚育提高其生态系统功能。对植物功能性状及其多样性的深入研究,能够找寻植物共存与群落稳定发展的内在机制,为提升森林生态系统功能的实践提供基础。为了探究人工抚育对亚热带次生常绿阔叶林质量提升的影响,以杭州午潮山国家森林公园内的次生常绿阔叶林为研究对象,实施了不同强度的抚育措施,通过群落植被复查,分析群落植物功能性状以及功能多样性对不同强度人工抚育的响应。结果发现:抚育2年后,群落最大潜在树高与叶片氮、磷、钾含量显著上升,而叶片干物质含量和叶片叶绿素含量均有显著下降,比叶面积有下降趋势,两种强度的抚育之间差异不显著;叶片干物质含量、叶绿素含量与叶片氮含量间的相关性由不显著变为了显著负相关,而叶片干物质含量与叶片叶绿素含量,叶片磷、钾含量与叶片氮含量,叶片磷含量与叶片钾含量间的相关性由不显著变为显著正相关;在20%强度抚育下,功能丰富度指数均值从对照的0.52显著下降为0.16,功能均匀度指数与功能分离度指数的均值则分别上升到0.61和0.67,显著高于对照组的0.51和0.56;在10%强度抚育下,功能丰富度有所下降,功能均匀度与功能分离度均有所上升,但差异不显著。研究表明,人工抚育在一定程度上改变了群落水平的植物功能性状与功能多样性,提高了群落植物利用资源的能力和效率;而适度的抚育强度更能解放资源空间,对群落产生的影响更加明显。该结果为亚热带次生常绿阔叶林的经营与管理提供依据与参考。     

环境因子对海岛植物茎、叶功能性状的影响

植物功能性状与环境之间的关系是功能性状研究的重点,海岛作为独特的生态系统,其植物功能性状必然和大陆存在差异。为了明确海岛植被的生态适应机制,该文以平潭岛森林群落为研究对象,通过测定茎、叶10个功能性状,以及地形和土壤9个环境因子,探讨了植物功能性状之间的权衡关系,分析了环境因子对海岛植物功能性状的影响。结果表明:(1)比叶面积(SLA)与叶氮含量(LNC)、叶磷含量(LPC)呈正相关,与叶厚度(LT)、叶干物质含量(LDMC)、茎组织密度(STD)、叶碳含量(LCC)呈负相关; LDMC与LNC、茎氮含量(SNC)呈负相关; LT与STD呈正相关,与LNC和LPC呈负相关; LPC与LNC、SNC呈正相关;茎和叶C、N含量均呈正相关。(2)土壤有机质和TN是海岛植物功能性状的主要土壤影响因子。然而,由于土壤中磷含量的缺乏,LNC、茎磷含量(SPC)、SNC均与土壤全磷呈正相关; LDMC与土壤全氮呈正相关;STD与土壤有机质呈正相关; SLA随着土壤pH的增加而增加。(3)坡位和坡度是海岛植物功能性状的主要地形影响因子。SLA、SPC随着海拔上升而下降; STD、LDMC随着海拔和坡度增大而增大; LNC、LPC阴坡大于阳坡。该研究为海岛植被修复和重建提供了参考依据。     

沙拐枣叶功能性状对生境变化的响应

【目的】揭示民勤地区沙拐枣叶功能性状在不同生境的变异规律,探明沙拐枣对干旱荒漠环境的适应策略。【方法】以民勤绿洲-荒漠过渡带沙拐枣(Calligonum mongolicum)为对象,采用样方法采集样株东西南北4个方向中部生长良好的叶片,用土钻采集植株根系附近深度为0—60 cm的土壤样本,比较分析丘间低地与流动沙丘2种生境下沙拐枣叶功能性状特征及相关性,揭示沙拐枣叶功能性状与土壤因子的关系。【结果】(1)沙拐枣叶功能性状的变异系数介于2.39%～24.94%,比叶面积(SLA)变异系数最大(24.94%),稳定碳同位素(δ¹³C)变异系数最小(2.39%);沙拐枣叶片的全碳(LCC)、全磷(LPC)含量在样地之间存在显著差异,而SLA、LPC在2种生境间存在显著差异。(2)在丘间低地与流动沙丘2种生境下沙拐枣叶片含水量(LWC)与干物质含量(LDMC)分别呈极显著、显著负相关关系,LWC是2种生境下沙拐枣叶功能性状中综合排名前3的共同指标因子。(3)全氮(STN)、pH值和土壤含水量(SMC)是影响民勤沙拐枣叶功能性状变异的主要土壤因子。【结论】沙拐枣通过改变叶...     

Coordination between leaf and root traits in Mediterranean coastal dune plants

• Plant trait-based functional spectra are crucial to assess ecosystem functions and services. Whilst most research has focused on aboveground vegetative traits (leaf economic spectrum, LES), contrasting evidence on any coordination between the LES and root economic spectrum (RES) has been reported. Studying spectra variation along environmental gradients and accounting for species' phylogenetic relatedness may help to elucidate the strength of coordination between above- and belowground trait variation.
• We focused on leaf and root traits of 39 species sampled in three distinct habitats (front, back and slack) along a shoreline–inland gradient on coastal dunes. We tested, within a phylogenetic comparative framework, for the presence of the LES and RES, for any coordination between these spectra, and explored their relation to variation in ecological strategies along this gradient.
• In each habitat, three-quarters of trait variation is captured in two-dimensional spectra, with species' phylogenetic relatedness moderately influencing coordination and trade-off between traits. Along the shoreline–inland gradient, aboveground traits support the LES in all habitats. Belowground traits are consistent with the RES in the back-habitat only, where the environmental constraints are weaker, and a coordination between leaf and root traits was also found, supporting the whole-plant spectrum (PES).
• This study confirms the complexity when seeking any correlation between the LES and RES in ecosystems characterized by multiple environmental pressures, such as those investigated here. Changes in traits adopted to resist environmental constraints are similar among species, independent of their evolutionary relatedness, thus explaining the low phylogenetic contribution in support of our results.

     

三种泌盐红树植物对盐胁迫的耐受性比较

在盐度 0、5、15、2 5和 35 (% )下种植泌盐红树植物老鼠 (Acanthus ilicifolius)、桐花树 (Aegiceras corniculatum)和白骨壤(Avicennia marina)的繁殖体 ,以繁殖体萌发、幼苗生长、叶片泌盐量、叶片组织液盐含量和蒸腾蒸发量为指标 ,比较其对盐胁迫的耐受性。盐度提高对胎生种类桐花树和白骨壤的萌根速率无显著影响 ,但高盐度明显抑制非胎生种类老鼠的萌根。白骨壤的萌苗率不受盐度影响 ,但 2 5以上的盐度导致桐花树和老鼠的萌苗率下降。在盐度范围 5～ 35内 ,白骨壤幼苗的茎高生长随盐度的增加而减少 ,但减少量比桐花树小 ,而老鼠的减少量最大。老鼠因盐度提高而导致的叶片长度的减少量最大。在盐度提高的情况下 3种植物均具有泌盐量增加的效应 ,在任一盐度下泌盐能力的顺序均为白骨壤 >桐花树 >老鼠。淡水培养时 ,3种红树植物的叶片组织液盐含量 (约 2 % )均高于环境盐度 0。在盐度范围 5～ 35内 ,白骨壤的叶片组织液盐含量维持在较稳定的水平 (4 .3%～ 5 .0 % ) ,桐花树的变化范围为 2 .4 %～ 4 .5 % ,老鼠 2 .3%～ 5 .3%。淡水培养时 ,3种植物的蒸腾蒸发量类似 ,但盐性条件下白骨壤的蒸腾蒸发量显著高于桐花树和老鼠。随着盐度的增加 ,老鼠的蒸腾蒸发量下降最多。这些结果均表     

去除干扰对内蒙古典型草原植物叶片功能属性的影响

以内蒙古典型草原为研究对象,选取放牧和割草、去除放牧、去除放牧和割草样地进行群落调查和叶片属性测量,比较分析各样地土壤性质、群落生产力及主要物种的比叶面积(SLA,Specific Leaf Area)、叶片干物质含量(LDMC,Leaf Dry Matter Content)、叶片氮含量(LNC,Leaf Nitrogen Concentration)在个体、功能群和群落水平对去除干扰的响应。结果表明,1)去除干扰处理在短期对土壤特性和群落生产力的影响不显著;2)多数物种在放牧和割草样地SLA较低,说明典型草原多数物种的SLA表现为放牧逃避;3)不同功能群植物叶片属性对去除干扰的响应不一致,去除放牧后,多年生杂类草的SLA和LDMC不受影响,但LNC变小;多年生禾草的SLA增加,而LDMC和LNC无显著变化。一年生植物在去除放牧和割草后,LNC显著增加。去除割草后,多年生禾草SLA减小,而多年生杂类草SLA、LNC增加,LDMC减小;4)在群落水平,放牧和割草样地由于较占优势的多年生禾草SLA较低,群落比叶面积最低,在去除放牧和割草样地,群落叶片氮含量显著增加;5)在内蒙古典型草原,LDMC能够很好地将多年生禾草和多年生杂类草区分,SLA在个体、功能群和群落水平均比LDMC敏感。     

长白山林线树种岳桦幼树叶功能型性状随海拔梯度的变化

通过研究沿不同海拔岳桦幼树叶功能型性状,揭示其对环境的响应机制.结果表明:①随海拔升高,岳桦叶面积(LA)逐渐降低,比叶重(LMA)增加,但LMA较高的可塑性指数表明其适应更依赖叶片的薄厚变化;②岳桦叶绿素含量随海拔升高而显著下降,但类胡萝卜素Car和Car/Chl显著升高,Chlb和Car/Chl表现出较高的可塑性指数,更倾向于吸收蓝紫光和保护光合器官;③岳桦叶氮含量(Narea和Nmass)在海拔1800-1900m间最低,在低海拔和高海拔均表现较高,但Chl/Nmass却随海拔升高而显著增加,Nmasss比Narea具有较高的可塑性指数,对光能的吸收更依赖Nmass对Chl的贡献,高海拔主要将更多的氮投资于光合器官的保护(1900m以上),低海拔则更倾向于光合生产(1800m以下);④随海拔升高,MDA增加,但随之抗氧化物质DS、Pro和APX活性增加,负责对活性氧的抵御和清除,但APX活性最大的可塑性指数表明活性氧的清除更依赖于酶促系统,但在海拔1900m以上,APX活性差异不显著,生理抗性逐渐下降,限制岳桦继续向高海拔生长;⑤抗氧化物质可塑性指数最高,叶绿素和叶形态次之,叶氮最低,表明随海拔升高,岳桦林以保护自身的生存为最主要的适应策略机制,然后以增加吸收光能的Chlb及LMA指标为主要生长策略.     

Differentiation between true mangroves and mangrove associates based on leaf traits and salt contents

Aims Mangrove species are classified as true mangroves and mangrove associates. However, as for some fringe species found mainly on the landward transitional zones of mangroves, no consensus among scientists could be reached in favor of this classification and much debate arises. We hypothesized that true mangroves differ from mangrove associates physiologically and ecologically in their ability to survive in mangrove environment.Methods To test this hypothesis, leaf structural traits and osmotic properties were used to describe variation in 33 mangrove species (17 true mangroves, 6 mangrove associates and 10 controversial species).Important findings Specific leaf area (SLA) of true mangroves as well as leaf nitrogen concentration on a leaf mass (Nmass) were lower than that of mangrove associates; leaf succulence was, in general, twice as high in true mangroves compared to mangrove associates; true mangroves accumulated 8–9 times more Na and Cl than mangrove associates and the former had K/Na ratios <0.5, but the latter had K/Na ratios>0.5. These results indicated that true mangroves differed reliably from mangrove associates in leaf traits and osmotic properties. True mangroves are true halophytes and mangrove associates are glycophytes with certain salt tolerance. Combining distribution pattern information, the 10 controversial species were reclassified.     

植物功能性状对土壤保持的影响研究述评

植被对土壤保持具有重要的影响,但是从植物功能性状的角度总结评述植被对土壤保持影响的研究并不多见。总结评述了植物地上功能性状、地下功能性状对土壤保持功能的影响以及植物地上、地下功能性状的关系,认为:(1)植被地上部分功能性状对土壤保持的作用主要体现在对溅蚀、面蚀的影响及间接改变土壤理化性质等方面,其功能性状指标主要包括叶面积、叶长、叶宽、枝数、植被高度等;(2)植被地下部分功能性状对土壤保持的作用主要体现在固持土壤、提高土壤抗剪切强度、提高土壤抗侵蚀能力、增强土壤渗透性,植物根系固持土壤与根系抗拉能力密切相关,植物根系土壤的物理和水文性质,与细根比例、根长密度、根表面积等性状密切相关;(3)可以通过植物地上部分功能性状间接反映地下部分功能性状,但是现有研究多为定性认识;(4)在植物功能性状对土壤保持的研究中亟待加强植被地上地下功能性状的长期定位监测,深化植被功能性状尤其是根系特征与土壤保持的作用机理,加强植被地上部分、地下部分功能性状的定量表达,建立植被功能性状与土壤保持功能的定量关系,实现植被功能性状与土壤保持功能特征的动态链接。