用扫描仪及Image J软件精确测量叶片形态数量特征的方法

传统的纸样称重法用来测量离体叶片的面积,烦琐、耗时、精度不高。为寻求一种适合的方法,我们对离体叶片采用扫描仪获取叶片的数字图像,利用Image J软件测量叶片的长、宽、周长、面积及叶柄的长,并与传统的纸样称重测定叶面积法进行比较。结果表明,此方法具有低成本、快速、精确等特点,适用于植物形态学、植物生理生态学、林学及农业等对叶片形态特征的测量研究工作。     

湖北星斗山地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响

探究地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响有助于深入理解森林群落物种组成的维持特征。该研究以湖北星斗山常绿落叶阔叶混交林为研究对象,测量了50个样地中224种木本植物的叶面积、叶厚度、叶干质量、叶干物质含量和比叶面积,运用单因素方差分析揭示了乔木、灌木和木质藤本的叶功能性状变异特征,并采用偏曼特尔检验分别从群落水平和物种水平分析了地形变化对不同生活型木本植物叶功能性状的影响。研究发现:不同生活型植物叶性状变异系数分布范围为23.42%–110.45%;不同生活型之间的植物叶功能性状差异明显。群落水平上,海拔与乔木叶干质量、灌木叶面积和木质藤本叶厚度显著正相关,坡度仅对灌木和木质藤本比叶面积具有显著影响,坡向与灌木叶厚度、叶干质量和比叶面积显著正相关。物种水平上,海拔比坡度和坡向对植物叶功能性状影响更为显著,且不同物种对地形变化的敏感度不一致;在控制空间结构影响后,地形因子对植物叶功能性状的影响降低。该研究结果表明,不同生活型植物的叶功能性状对地形变化的响应格局不同,这可能是星斗山常绿落叶阔叶混交林植物多样性的主要维持机制。     

湖北星斗山地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响

探究地形变化对不同生活型植物叶功能性状的影响有助于深入理解森林群落物种组成的维持特征。该研究以湖北星斗山常绿落叶阔叶混交林为研究对象, 测量了50个样地中224种木本植物的叶面积、叶厚度、叶干质量、叶干物质含量和比叶面积, 运用单因素方差分析揭示了乔木、灌木和木质藤本的叶功能性状变异特征, 并采用偏曼特尔检验分别从群落水平和物种水平分析了地形变化对不同生活型木本植物叶功能性状的影响。研究发现: 不同生活型植物叶性状变异系数分布范围为23.42%-110.45%; 不同生活型之间的植物叶功能性状差异明显。群落水平上, 海拔与乔木叶干质量、灌木叶面积和木质藤本叶厚度显著正相关, 坡度仅对灌木和木质藤本比叶面积具有显著影响, 坡向与灌木叶厚度、叶干质量和比叶面积显著正相关。物种水平上, 海拔比坡度和坡向对植物叶功能性状影响更为显著, 且不同物种对地形变化的敏感度不一致; 在控制空间结构影响后, 地形因子对植物叶功能性状的影响降低。该研究结果表明, 不同生活型植物的叶功能性状对地形变化的响应格局不同, 这可能是星斗山常绿落叶阔叶混交林植物多样性的主要维持机制。     

利用数码相机和Photoshop软件非破坏性测定叶面积的简便方法

采用数码相机获取叶片的数字图像,用Photoshop图像处理软件计算叶面积,并与目前常用的剪纸法和叶面积仪测定法进行比较分析。结果表明,本方法和上述传统测定方法测定结果存在极显著线性相关;不同拍摄分辨率、单位叶面积存贮像素个数和拍摄角度对测定结果无显著影响。和其它方法相比,本方法具有准确、快速、成本低廉、适合非破坏性动态连续观测等优点,适用于植物生理生态学研究中叶面积的测定。     

不同水分条件下春小麦能量利用与密度的关系

密度制约是植物种内竞争效应之一.叶面是植物与外界环境交换物质、能量的有效渠道之一,叶面积指数是植物种群资源利用率和维系植物碳平衡的重要指标.以叶面积指数为测度,测定不同土壤水分条件下叶面积指数与密度间的关系来判定春小麦有效能量利用与密度间的关系,并得知小麦在营养生长期（抽穗期以前）各水分条件下的叶面积指数均随种植的密度递增,而在抽穗期叶面积指数明显下降,在高密度区（4000～10000）尤为明显,且密度1000～10000的叶面积指数趋于稳定.从拔节期到成熟期水分条件正常的叶面积指数比干旱处理的明显要高,而且主要表现在高密度区,但是它们的变化趋势基本一致.结果表明春小麦的穗粒数、千粒重和产量的变化趋势也是和叶面积指数一致的,这充分反映了叶面积指数与植物种群资源利用率或生物量有着密切的关系,同时表明干旱胁迫抑制了植物群落的能量利用.因此,对植物叶面积的研究将对探讨植物物质能量交换的平衡规律具有重要的意义.     

黄土丘陵区植物功能性状的尺度变化与依赖

研究植物功能性状随环境梯度的变化规律和性状间的相关性,对于认识不同环境梯度下群落构建和植物对环境的响应具有重要意义。以黄土丘陵区为研究区,调查了研究区内的32个样方的物种组成,测量了研究区内98种地带性植物的叶面积(LA)和比叶面积(SLA)两个功能性状值,并运用性状梯度分析法对这两个功能性状进行组分分解。结果表明:(1)随着水热环境梯度增大(降水增加,温度升高),物种叶面积逐渐增大,比叶面积逐渐减小;(2)在群落间,比叶面积按照乔木—灌木—草本顺序依次增大,且草本群落和灌木群落的生态位宽度较乔木的大,即在延河流域草本与灌木群落比乔木群落有着更广泛的分布。在群落内,物种相对于共生物种的比叶面积的变化大于沿着群落平均比叶面积梯度的变化;(3)叶面积和比叶面积两性状的相关性在群落间的依赖性比相对其共生物种群落内的依赖性要强,物种在群落内和群落间采取不同的适应策略来适应群落环境。     

测量根系表面积的面积仪法

测定根系表面积有多种方法,可归为直接测量法(此方法工作量大、精度差)和间接测量法两类。后者有染色液蘸根法(以根系吸收染料的多少衡量根系表面积)、重量法(将干根放于浓硝酸钙溶液中,然后捞出根样,以放根前后溶液的重量差计算根的表面积)、滴定法(以滴定度作为根系表面积的指标)和以叶面积仪测量     

祁连山青海云杉林冠层持水能力

基于2008年祁连山大野口关滩流域青海云杉林冠截留观测数据和青海云杉林冠各组分持水能力实验室数据,采用直接测量和回归分析方法对青海云杉林冠层持水能力进行研究.结果表明:受不同因素影响,两种方法测得的青海云杉林冠层持水能力有一定差异.回归分析法主要受林内穿透雨观测方法的影响,所得林冠层最大持水能力为0.69 mm;直接测量法主要受样地内树高、胸径、植株密度、叶面积指数等影响,所得林冠层最大持水量为0.77mm.直接测量法得到的青海云杉林冠各组分单位面积最大持水量依次为树皮(0.31 mm)＞枝(0.28 mm)＞叶(0.08 mm).     

Effects of endophyte fungal species and host plant genotype on the leaf shape and leaf area of endophyte-grass symbionts

Epichloë内生真菌感染能够影响宿主植物的生长发育, 但关于内生真菌感染对宿主植物叶形状和叶面积的研究很少。该研究以羽茅(Achnatherum sibiricum)为实验材料, 采用长宽系数计算和扫描测定叶面积相结合的方法探究内生真菌种类和羽茅母本基因型对羽茅-内生真菌共生体叶形状和叶面积的影响。结果表明: 内生真菌感染与否、内生真菌种类和宿主母本基因型对反映叶形状的叶校正系数、叶片长度、宽度和长宽比均无显著影响, 经计算与验证, 确定了羽茅叶片的校正系数为0.594 9。采用该校正系数及叶长宽计算的叶面积与实测叶面积无显著差异, 且二者均未受到内生真菌感染与否、内生真菌种类或宿主植物母本基因型的显著影响。     

内生真菌种类和母本基因型对内生真菌-禾草共生体叶形状和叶面积的影响

Epichloë内生真菌感染能够影响宿主植物的生长发育, 但关于内生真菌感染对宿主植物叶形状和叶面积的研究很少。该研究以羽茅(Achnatherum sibiricum)为实验材料, 采用长宽系数计算和扫描测定叶面积相结合的方法探究内生真菌种类和羽茅母本基因型对羽茅-内生真菌共生体叶形状和叶面积的影响。结果表明: 内生真菌感染与否、内生真菌种类和宿主母本基因型对反映叶形状的叶校正系数、叶片长度、宽度和长宽比均无显著影响, 经计算与验证, 确定了羽茅叶片的校正系数为0.594 9。采用该校正系数及叶长宽计算的叶面积与实测叶面积无显著差异, 且二者均未受到内生真菌感染与否、内生真菌种类或宿主植物母本基因型的显著影响。     

亚热带常绿林不同冠层小枝叶面积-叶生物量关系研究

叶面积与叶生物量的关系对于理解植物叶片的碳收益和投资权衡策略具有重要意义。收益递减假说认为植物的叶面积与叶生物量成显著异速生长关系,其异速生长指数<1.0,但该假说是否适用于不同生活型（常绿与落叶）亚热带木本植物不同冠层高度（上下冠层）当年生小枝的叶片仍不清楚。以江西亚热带常绿阔叶林的69种常绿与落叶木本植物当年生小枝上的叶为研究对象,采用标准化主轴回归估计（standardized major axis estimation,SMA）方法检验不同冠层高度和生活型叶面积与叶生物量的异速生长关系。结果显示：（1）当年生小枝叶生物量在不同冠层高度和生活型的植物中无显著差异（P>0.05）,叶面积在常绿和落叶植物中有显著差异（P<0.05）,常绿和落叶植物的比叶重存在显著差异（P<0.05）,而落叶植物的比叶重在不同冠层高度存在显著差异（P<0.05）,同一冠层,常绿植物比叶重显著高于落叶植物（P<0.05）;（2）69种植物的叶面积与叶生物量异速生长指数具有物种特异性,60.9%的物种叶面积与叶生物量呈等速生长关系;（3）不同冠层和生活型植物的叶面积与叶生物量呈等速生长关系,但其异速生长常数在不同冠层高度与生活型间存在差异。这些结果表明冠层高度和生活型未改变叶面积-生物量之间的等速生长关系,不支持"收益递减"假说。     

打孔称重法与复印称重法和长宽校正法测定水稻叶面积的方法比较

打孔称重法是基于相近叶位叶片的比叶重（单位面积叶片重量）相对恒定的原理,通过测定采样区植物叶片干重和少量叶片比叶重计算叶面积和叶面积指数的方法。比较试验结果表明：打孔称重法与长宽校正法和复印称重法测定的水稻叶面积呈极显著相关;打孔称重法和复印称重法所测定的叶面积指数平均值经统计检验差异不显著。2种方法均能很好地袁征不同处理间叶面积指数的差异。     

檫木叶片性状沿海拔梯度的响应特征

植物叶片性状是植物与环境长期互作的结果,对环境变化具有敏锐的捕捉力,而且植物叶片性状影响植物的"投资-收益"关系。本文以天目山不同海拔的檫木叶片为材料,分析檫木叶面积、叶长宽比、叶片干重和比叶面积等叶片形态性状以及叶绿素含量和叶氮含量(N_(area))等叶片生理性状对海拔的响应。结果表明,不同海拔亚群体间叶面积具有显著差异,比叶面积、叶长宽比和叶片干重存在极显著差异;叶长宽比和叶片干重在亚群体内的变异系数小于叶面积和比叶面积,说明檫木叶片形态性状在亚群体间存在着不同程度的变异。比叶面积与叶面积和叶长宽比具有显著正相关,与叶片干重呈显著负相关;叶绿素含量与N_(area)呈显著正相关;通过檫木叶片性状与温度的线性回归表明,叶面积、比叶面积、叶绿素含量和N_(area)随着温度下降而下降,与之相反,叶片干重和叶长宽比则逐渐增加。     

桂林岩溶石山青冈群落植物功能性状的尺度变化与关联

研究植物功能性状在不同尺度的变异和关联,对于揭示植物对环境的适应策略和群落构建规律具有重要意义。以岩溶石山青冈群落为研究对象,测量了研究区内20个样方74种木本植物的叶面积、比叶面积和木材密度3个功能性状值,利用性状梯度分析法分析了3个性状在群落内部(α组分)及群落间(β组分)的变异格局及相关性。结果表明:(1)群落内3个植物功能性状的α值范围均大于β值范围,即物种相对于共生物种性状值的变化大于沿着群落平均性状梯度的变化。(2)植物功能性状比叶面积的种内差异引起的变化小于群落水平。(3)叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度的β组分相关性均最强,而α组分间无相关性或相关性较弱,即叶面积与比叶面积、比叶面积与木材密度、叶面积与木材密度两两性状间的相关性在群落间的依赖程度比群落内共生物种的依赖性要强,暗示物种在群落内和群落间采取不同的生态策略来适应环境。     

喀斯特高原峡谷优势种叶片功能性状分析

该研究对喀斯特石漠化高原峡谷地区优势种的叶片功能性状进行了分析,调查了17种植物的叶片厚度、叶面积、叶片鲜重、叶片干重、叶干物质含量、比叶面积、叶组织密度等能反映植物生存策略且易于测量的叶片功能性状,并采用逐步回归的方法探究了叶片功能性状与土壤养分之间的关系。结果表明:(1)不同优势种叶片功能性状差异明显,叶片的厚度为0.18～0.78 mm、鲜重为0.07～6.51 g、干重为0.04～3.19 g、叶面积为3.07～325.64 cm~2、叶干物质含量为318.61～573.22 mg·g~(-1)、比叶面积为60.98～236.90 cm~2·g~(-1)、叶组织密度为0.022 1～0.036 g·cm~(-3)。(2)植物通过较小的比叶面积与较大的叶干物质含量来减少水分散失、增加养分储存,以适应高温、缺水少土的环境。(3)叶片功能性状之间存在广泛的相关关系,且均达到极显著水平。叶片厚度对鲜重、干重均表现为促进效应,比叶面积与叶干物质含量及叶组织密度之间均存在极显著的抑制效应。(4)叶片功能性状随土壤养分的变化产生规律性变化。土壤全氮、全钾和有机碳对叶片功能性状产生显著影响,尤以土壤有机碳的影响更为显著。进一步分析发现,喀斯特高原峡谷地区植被恢复及重建的优势种或建群种为翅荚香槐、清香木、枇杷等;施用有机肥能够提高花椒、金银花等经济林树种的适应能力。     

基于地基激光雷达点云的植被表型特征测量

植物表型是基因型与外界环境共同作用的结果。精确测量植物表型对于植物生理特征与功能性状研究具有重要意义。本研究以加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为对象,对20株植株进行3个月室内培养,各月利用地基激光雷达扫描(terrestrial Li DAR scanning,TLS)系统对实验植株进行多站扫描和点云融合,实现对植株生长过程的连续观测。对于扫描获取的离散点云,利用多端点三维坐标重构法获取植株高度,并基于叶片点云的Delaunay三角网重构叶片表面,获得植株的真实高度、叶面积、叶倾角和方位角等结构参量。对比手动测量结果,发现基于点云重构获得的植株高度与真实植株高度对比,二者间相似性的决定系数(R2)为0.991,叶面积、叶倾角、方位角相似性R2分别为0.989、0.949和0.871;基于TLS点云重构法实现了非破坏性的植物表型测量,能够获得高精度的植物表型特征;多时相扫描能精确监测植物生长过程的表型特征变化。     

中国东部3个地带性森林的叶片功能属性及其关联

以中国东部纬度梯度上3种典型森林(神农架、塞罕坝、呼中)为对象,分析不同生活型植物的叶厚、叶面积、比叶面积和叶干物质含量4个主要叶属性随纬度的变化规律及各属性间的关联,以此研究植物主要叶片属性对环境的适应机制。结果显示,随着纬度的增加,叶厚度先降后增,叶面积显著降低,神农架的叶面积值是塞罕坝的2.3倍,是呼中的5.8倍,叶干物质含量无显著变化,比叶面积先增后降。叶厚度与比叶面积呈极显著负相关,与叶干物质含量呈极显著正相关,比叶面积与叶干物质含量呈极显著负相关。林型对叶厚度、叶面积、比叶面积变异的解释率最大,分别为75.99%、80.23%、59.96%,生活型对叶干物质含量变异的解释率最大(86.79%),不同生活型植物比叶面积与叶干物质含量间的关联随纬度增加无明显变化,且保持负相关关系不变。研究结果表明不同林型和生活型对叶属性的变异起着重要的调控作用,而叶片对外界环境的适应性差异,导致了不同气候带上森林叶片功能属性的差异。     

数学建模在生物化感及其赫米西斯(Hormesis)现象中的应用

简述了国内外对生物化感数学建模的研究近况,包括通过数学模型描述化感物质的赫米西斯(Hormesis)现象,化感作用在受体植物不同密度条件下的表达,植物残茬中化感物质的分解动态及受体植物的动态响应,环境中化感物质的动态变化规律及在植物-昆虫-天敌系统中的应用等。并对化感数学建模领域的先驱机理模型An-Hormesis模型,An-Liu-Johnson-Lovett模型,和An_Residue模型做了简介。     

北京常见阔叶绿化植物滞留PM2.5能力与叶面微结构的关系

叶片是植物滞留大气颗粒物的主要载体,对城市环境质量的改善发挥着巨大作用。该文用洗脱法测定了北京市20种常见阔叶绿化植物单位叶面积滞留总悬浮颗粒物(TSP)及PM2.5(颗粒直径≤2.5μm)的质量,并利用扫描电子显微镜观察了叶表面的微结构,分析比较了20种道路绿化植物叶片去除TSP与PM2.5的能力,以探讨典型植物叶表面微结构特征对大气颗粒物拦截效果的影响机理。结果显示:(1)不同植物单位叶面积滞留TSP和PM2.5的量均存在显著差异,变化范围分别为0.40~3.44g/m2和0.04~0.39g/m2。(2)叶表面沟槽宽度的不同可能是不同植物滞留TSP和PM2.5差异的主要原因,沟槽宽度过宽和过窄均不利于叶片捕集颗粒物,且颗粒物滞留量随沟槽深度增加而增大。(3)气孔密度较大的叶片表面颗粒物滞留量较大。研究表明,灌木与藤本植物单位叶面积对TSP和PM2.5的平均滞留量均大于乔木;叶表面沟槽宽度为5μm左右时对PM2.5滞留量较大;悬铃木(Platanus acerifolia)、木槿(Hibiscus syriacus)和大叶黄杨(Buxus sinica)单位叶面积滞留TSP与PM2.5量与其他供试植物相比均较大。     

模拟气候变暖和氮沉降对两种来源加拿大一枝黄花叶性状和性状谱的影响

温度是影响植物生长的关键因子,氮是限制植物生长和光合作用的重要资源,两者对入侵植物的功能性状可能产生重要影响。为预测气候变暖和大气氮沉降背景下入侵植物的入侵性,以中国来源和北美来源的加拿大一枝黄花为入侵种,设置2℃增温和氮添加处理,研究了来源、增温和加氮对加拿大一枝黄花叶性状(叶绿素含量、叶面积和叶干物质含量)和性状谱的影响。结果表明:加拿大一枝黄花其中国来源比北美来源具有更低的叶干物质含量;2℃增温显著增大叶面积;加氮显著提高叶绿素含量;来源与增温的交互作用对叶面积影响显著。中国来源的加拿大一枝黄花叶面积与叶干物质含量呈显著负相关关系,增温使叶面积与叶绿素含量呈显著正相关关系,加氮使叶面积与叶绿素含量、叶面积与叶干物质含量分别呈显著正相关和显著负相关关系。由此推知,增温和加氮有可能增强加拿大一枝黄花叶片获取资源的能力,气候变暖和大气氮沉降可能提高加拿大一枝黄花的入侵性。