黑沙蒿光合能量分配组分在生长季的相对变化与调控机制

为了探明典型荒漠灌木优势物种黑沙蒿(俗名油蒿, Artemisia ordosica)光合过程能量中分配对环境波动的相对变化及其长期调节机制, 该研究于2018年4-10月在宁夏盐池毛乌素沙地, 同时使用MONITORING-PAM多通道荧光监测仪和LI-6400XT便携式光合测量仪对黑沙蒿叶片的最小荧光产量(F_o)、最大荧光产量(F_m)、稳态荧光产量(F_s)、光下最大荧光产量(F_m′)、净光合速率(P_n)、暗呼吸速率(R_d)、蒸腾速率(E)和叶片气孔导度(g_s)进行现场测定, 在实验室内计算比叶面积(SLA)、单位面积氮含量(N_area)、叶绿素含量(C_Chl)和叶绿素a/b (Chl a/b), 分析黑沙蒿光合过程能量分配中固碳耗能占比(Φ_A)、光呼吸耗能占比(Φ_PR)、调节性热耗散耗能占比(Φ_NPQ)和非调节性热耗散耗能占比(Φ_NO)与环境参数和叶性状参数之间的关系以及能量分配各组分之间的相对变化。结果表明, 光化学反应组分(Φ_A、Φ_PR)和热耗散组分(Φ_NPQ、Φ_NO)之间呈负相关竞争关系, 两组分内部呈正相关协同关系, E和Φ_A、Φ_PR正相关, 和Φ_NPQ、Φ_NO负相关。在低土壤含水量(SWC)和高饱和水汽压差(VPD)环境条件下, 黑沙蒿Φ_A、Φ_PR和SLA显著降低, Φ_NPQ和Φ_NO显著增加。研究认为, 在长期干旱或高蒸散条件下, 黑沙蒿通过降低SLA等途径避免水分的过度流失, 同时将部分过剩光能由光呼吸代谢途径转移到热耗散组分进行耗散。波动环境下黑沙蒿形态性状的变异和光合过程能量分配的长期调节机制, 反映了其利用形态与生理的协同可塑性对逆境的适应。     

光系统II实际光化学量子效率对光的响应模型的比较

为了比较光系统II实际光化学量子效率(Φ_PSII)对光的响应机理模型(简称机理模型)、负指数模型和指数模型的优缺点, 用LI-6400-40B光合作用测定仪控制CO₂浓度和温度, 测量了剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)、黄荆(Vitex negundo)和大狼杷草(Bidens frondosa)的电子传递速率(ETR)对光的响应曲线(ETR-I)和Φ_PSII对光的响应曲线(Φ_PSII-I), 然后用这3个模型分别拟合了这些数据。拟合结果表明: 3个模型都可以较好地拟合这3种植物的ETR-I的响应数据和Φ_PSII-I的响应数据, 但由指数模型拟合ETR-I和Φ_PSII-I的响应数据得到相应的饱和光强(PAR_sat)和光系统II最大光能利用效率(F_v/F_m)之间存在显著差异, 且估算的饱和光强远低于实测值。由机理模型可知, Φ_PSII不仅与光强的函数有关, 还与植物的内禀特性有关, 即与天线色素分子的本征光能吸收截面、激子的传递效率、能级的简并度、光化学反应常数、热耗散常数和处于最低激发态的平均寿命等参数有关。此外, 由机理模型还可知, Φ_PSII随光强的增加而下降的原因是捕光色素分子的有效光能吸收截面随光强增加而降低。     

长白山阔叶红松林生态系统光能利用率的动态变化及其主控因子

生态系统光能利用率(LUE)反映了植被通过光合作用利用光能吸收和固定大气中CO₂的能力, 是表征生态系统生产力的重要指标。选取长白山温带阔叶红松(Pinus koraiensis)林生态系统为研究对象, 利用涡度相关通量观测数据, 采用直角双曲线方程获取了生态系统光合作用的表观量子效率(ε); 基于总生态系统初级生产力(GEP)与下垫面入射光合有效辐射(Q)的比值得到生态光能利用率(LUE_eco)。研究表明: 在季节尺度上, ε与LUE_eco均表现出显著的单峰变化特征, 并主要受到土壤温度和归一化植被指数(NDVI)的调控, 同时, ε和LUE_eco都受到GEP的显著影响, 而与Q的相关性较弱或无显著相关关系, 但散射辐射的增加在一定程度上有助于提高生态系统的LUE。ε与LUE_eco存在显著的线性正相关关系, 但ε明显高于LUE_eco。2003-2005年, ε与LUE_eco每年最大值的平均值分别为(0.087 ± 0.003)和(0.040 ± 0.002) μmol CO₂·μmol photon^-1, 年际间变异度分别为4.17%和4.25%, 而不同年份之间最大差异均达到8%或8%以上, 从而对模型模拟结果产生明显影响。因此, 在基于光能利用率模型的模拟研究中, 最大LUE的年际变异需要在参数反演和优化中给予重要考虑。     

蒸散发广义互补原理中关键参数αe的时空变化特征及计算方法分析

蒸散发广义互补原理是实测数据稀少条件下估算蒸散发的重要方法, 其中准确估算参数α_e是应用该方法的关键。该研究利用中国不同气候和生态类型的8个通量站数据, 首先基于实测数据校准得到α_e年值及月值, 探究α_e的时空变异性并对比使用不同时间尺度的α_e对广义互补原理模型计算精度的影响。考虑到实际情况下蒸散发实测数据缺乏而无法校准得到α_e, 进一步探究两个基于干旱系数(AI)的α_e年值统计模型(下称Liu法和Brutsaert法)在站点尺度的适用性, 明确α_e是否可以利用AI确定, 最后探讨各计算方法的误差来源。主要结论如下: 1)季节变化影响α_e, 不同通量站α_e月值变化规律有所差异; 在空间变化上, 湿润站点α_e年值总体大于干旱站点。Liu法和Brutsaert法计算的α_e接近年校准值。2)在应用广义互补原理模型时, 使用校准α_e年值能取得较好的模拟精度, 使用各月份α_e时精度进一步提升。两种基于AI的免校准方法取得较好的模拟效果, 当缺少实测数据而无法校准α_e时, 基于AI计算α_e具有较大的潜力。3)使用校准α_e年值时广义互补原理模型能模拟出蒸散发的年内变化趋势, 但在部分月份估算值出现偏差。Liu法和Brutsaert法计算的蒸散发在干旱站点的夏季月份呈现低估现象, 原因可能在于高估了降雨集中的夏季月份的AI。结果也进一步验证了广义互补原理在估算广泛不同的自然环境下的蒸散发的潜力。     

青藏高原春小麦叶片光合作用的光抑制及PSII反应中心光化学效率的恢复分析

在青海省都兰县香日德镇东盛村, 以中国科学院西北高原生物研究所培育的春小麦(Triticum aestivum)品种为材料, 主要采用调制叶绿素荧光分析手段, 研究了抽穗期旗叶光合作用的光抑制现象, 并分析了非光化学猝灭组分的光诱导和非光诱导耗散的量子产量变化。结果表明, 高原春小麦各品种间旗叶光合色素含量和比叶重存在差异; 全晴天3个典型时段准确暗适应20 min后的PSII最大光化学效率(F_v/F_m)的比较分析证实, 高原春小麦存在着光合作用的光抑制现象, F_v/F_m的降低是由于PSII反应中心的可逆失活; 稳态作用光下PSII有效光化学效率(F_v′/F_m′)易受持续强光胁迫的影响, 而PSII实际光化学效率(Φ_PSII)在各春小麦品种间的差异略为明显; 上下午间4个春小麦品种的光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(NPQ)呈较一致的变化趋势, 显然q_P和NPQ既属品种的内禀特性, 又与强太阳光胁迫的累积密切相关; 非光化学猝灭组分中光诱导的PSII调节性能量耗散的量子产量(Φ_NPQ)所占比例较大, 下午时分Φ_NPQ的上调反映了高原春小麦对青藏高原持续强光胁迫的驯化适应。     

苗期干旱及复水条件下不同花生品种的光合特性

为探索不同花生(Arachis hypogaea)品种的旱后恢复能力, 研究花生品种耐旱性与光合特性的关系, 通过盆栽土壤水分控制实验, 测定了12个花生品种苗期对干旱胁迫与复水过程的光合响应特征, 并讨论了所测各性状参数与抗旱性强弱的关系, 包括对水分胁迫伤害的修复能力。结果表明, 根据苗期生物量抗旱系数, ‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’、‘农大818’的抗旱性较强, 且复水后植株产生超补偿生长效应, 补偿生长能力与抗旱性呈极显著正相关。叶片净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)随干旱进程逐渐降低, 复水后逐渐增加, 抗旱性强的花生品种变幅较小。干旱7天, 大多数花生品种的光合参数值未有显著性差异。干旱14天, 抗旱性越强的花生品种光合参数值越高, 不同抗旱性花生品种的光合参数值有显著差异。‘山花11号’、‘如皋西洋生’、‘A596’、‘山花9号’的P_n、G_s、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P在复水5天时恢复至对照水平, 复水10天时超过对照, ‘79266’、‘ICG6848’、 ‘白沙1016’、‘花17’在复水10天时仍未达到对照水平, 复水过程中抗旱性强的品种的光合参数显著高于抗旱性弱的品种。相关分析表明, 干旱胁迫14天和复水5天后, 花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P与品种抗旱性呈极显著正相关。因此, 可在苗期用40%土壤相对含水量胁迫14天及复水5天时花生的P_n、Φ_PSII、F_v/F_m、q_P鉴定品种的干旱伤害程度及修复能力, ‘山花11号’可作为强干旱适应性鉴定的标准品种。     

黑河中游春玉米叶片水δD和δ18O的富集过程和影响因素

植物水的稳定同位素分馏过程是水在土壤-植物-大气连续体中循环的重要环节。以往研究由于叶片水¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O _l,b)和氘(D)同位素比值(δD_l,b)(合称δ_l,b)实测数量少只能作为模型验证数据, 导致δ_l,b富集机制研究多集中于模型研究, 缺乏基于野外试验条件的δ_l,b富集的控制机制研究。叶片水δD_l,b和δ¹⁸O _l,b的富集程度(ΔD_l,b和Δ¹⁸O _l,b, 合称Δ_l,b)通常表示为δ_l,b与茎秆水D同位素比值(δD_x)和¹⁸O同位素比值(δ¹⁸O_x) (合称δ_x)之差, 即Δ_l,b = δ_l,b - δ_x。该研究以黑河中游沙漠绿洲春玉米(Zea mays)生态系统为研究对象, 重点采集和分析了季节和日尺度δ_l,b和δ_x数据, 配套开展了大气水汽δ¹⁸O和δD (合称δ_v)等辅助变量的原位连续观测, 探讨了季节和日尺度上的δ_l,b富集特征及其影响因素。结果表明: 叶片水δ_l,b和Δ_l,b的季节变化趋势不明显, 而受蒸腾作用影响表现出白天富集夜间贫化的单峰日变化特征。对于D来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 大气水汽δ_v和相对湿度是δD_l,b和ΔD_l,b的主要环境控制因素; 而对于¹⁸O来说, 无论季节尺度上还是日尺度上, 相对湿度是δ¹⁸O _l,b和Δ¹⁸O _l,b的主要环境控制因素。由于D和¹⁸O在热力学平衡分馏上有约8倍差异, 直接分析叶片水ΔD_l,b和Δ¹⁸O_l,b与影响因素的差异性, 有助于理解叶片水δD和δ¹⁸O富集过程以及对模型发展有一定的指导意义。     

Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling Application of Lake-model based indices from chlorophyll fluorescence on sugarcane seedling

 为从能量平衡及分配的角度研究干旱胁迫下甘蔗(Saccharum officinarum)苗期光系统的运转状况, 进而为丰富不同甘蔗品种的抗旱性评价指标及实现对季节性干旱胁迫的快速诊断提供理论依据, 该研究通过对基于Lake模型的叶绿素荧光参数在不同入射光强下变化的动态分析, 研究光合电子传递链中能量平衡状态对不同水分梯度(40%、25%、10%、8%)的响应。结果表明: 两个供试品种(耐旱品种‘ROC22’和非耐旱品种‘ROC16’)的最大光能利用效率(F_v/F_m)、相对电子传递速率(rETR)、光系统II(PSII)量子效率(Φ_II)和光化学猝灭(q_L)均随着干旱胁迫程度的增加而下降, 可调节性能量耗散(Φ_NPQ)和非调节性能量耗散(Φ_NO)则随着干旱胁迫程度的增加而上升。除Φ_NO之外的叶绿素荧光参数的变化幅度均随着光合有效辐射(PAR)的增加而增大。在干旱胁迫的前中期, 相对于‘ROC22’, ‘ROC16’的PSII反应中心能够维持较高的开放程度; 但‘ROC22’调节能量耗散的能力和对干旱胁迫的敏感程度均高于‘ROC16’, 说明较强的光保护能力是‘ROC22’的抗旱性高于‘ROC16’的主要原因之一。对干旱胁迫敏感且在不同PAR下较为稳定的Φ_NO可作为甘蔗苗期抗旱性的快速诊断和评价指标。rETR对递增的PAR的响应表现为随着干旱胁迫程度的增加而提前出现峰值或下降趋势, 但是不同水分梯度下的rETR在PAR较低时并无显著差异, 表明干旱胁迫下光抑制现象的提早出现是造成光系统损伤的首要因素, 高光强对干旱胁迫信号起放大作用。     

鼎湖山森林演替序列植物-土壤碳氮同位素特征

植物群落对水分利用和养分利用的优化策略, 土壤碳周转和氮循环过程对演替变化如何响应, 森林土壤有机碳积累机制等都是森林生态学需要解决的关键问题。然而, 这些生态学过程的变化在短时间内通过传统的研究手段难以被精确观测, 碳氮同位素(¹³C、¹⁵N)技术的应用或许能提供更多有价值的信息。该文通过对鼎湖山森林演替序列代表性群落——马尾松(Pinus massoniana)针叶林(PF)、针阔叶混交林(MF)和季风常绿阔叶林(BF)植物-土壤碳氮同位素自然丰度的测定, 分析了叶片稳定碳同位素比率(δ¹³C)和稳定氮同位素比率(δ¹⁵N)与其叶片元素含量的关系, 以及叶片-凋落物-土壤δ¹³C、δ¹⁵N在演替水平和垂直方向上的变化特征。结果显示: 1)主要优势树种叶片δ¹³C与其C:N极显著正相关(p < 0.01), 凋落物和各层土壤δ¹³C均表现为PF > MF > BF, 沿演替方向逐渐降低; 2)叶片δ¹⁵N与叶片N含量正相关(p = 0.05), 凋落物和表层土壤(0-10 cm) δ¹⁵N沿演替方向逐渐增大; 3)不同演替阶段土壤δ¹³C、δ¹⁵N均沿垂直剖面呈现增大的趋势。结果表明: 南亚热带地区植物群落的发展并不一定受水分利用和氮素利用的补偿制约; δ¹³C自然丰度法的应用有助于森林土壤有机碳积累机制, 尤其有助于成熟森林土壤“碳汇”机制的阐释; 植物-土壤δ¹⁵N值可作为评估土壤氮素有效性和生态系统“氮饱和”状态的潜在指标。     

光强对三七光合能力及能量分配的影响

通过研究生长于不同环境光强(29.8%、9.6%、5.0%、1.4%和0.2%全日照)下的2年生三七光合作用对光照强度、CO₂浓度、模拟光斑的响应及叶绿素荧光和能量分配特征,研究光照强度对阴生植物三七光合特征及光适应的影响.结果表明: 29.8%全日照(FL)下三七表观量子效率(AQY)、光系统Ⅱ(PSⅡ)潜在的量子效率(F_v/F_m)、PSⅡ潜在活性(F_v/F_o)较低,最大净光合速率(P_{n max})、最大电子传递速率(J_max)、实际光化学量子效率(F/F_m′)、电子传递速率(ETR)、光化学淬灭系数(q_P)和光能分配到光化学途径的比例(Φ_PSⅡ)较高,但非光化学淬灭系数(NPQ)并不是最高.9.6% FL和5.0% FL处理P_{n max}、光补偿点(LCP)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R_d)无显著差异,但它们的AQY、羧化效率(CE)、最大羧化速率(V_{c max})、F_v/F_m、F_v/F_o较高,NPQ也相对较高.生长环境光强低于5.0%FL时,P_{n max}、CE、V_{c max}、J_max、ETR、F/F_m′、q_P、NPQ和Φ_PSⅡ均随生长环境光强的降低呈下降趋势,而捕获的光能分配到荧光耗散的比例(Φ_f,D)逐渐增加.在500 μmol·m^-2·s^-1光斑诱导下,生长环境光强大于5.0%FL下的三七Φ_PSⅡ随诱导时间的延长缓慢增加,1.4%FL和0.2%FL下Φ_PSⅡ迅速达到饱和,且Φ_f,D迅速增加.三七在受到长期高光胁迫的环境下,通过适度的PSⅡ光抑制和保持较高光合电子传递速率,从而提高光能的利用来保护光合机构遭受不可修复的氧化伤害;适度的遮荫能够有效保持较高的非光化学热耗散能力;但过度遮荫会使其光合能力明显降低,捕获的光能更多地通过非光化学的途径耗散,且在接受到高光照射时较容易引发光氧化伤害.     

外源脱落酸对干旱胁迫下滇润楠幼苗生长及生理特性的影响

以滇润楠一年生实生苗为试验材料,研究在良好水分条件(土壤含水量为70%～75%田间持水量)、轻度干旱胁迫及重度干旱胁迫处理下(50%～55%和30%～35%田间持水量)进行外源脱落酸(ABA)喷施对其生长及生理特性的影响。结果表明: 干旱胁迫使得滇润楠幼苗叶片的相对含水量、株高和生物量显著下降,净光合速率及叶绿素荧光参数(PSⅡ最大光化学效率,F_v/F_m)有不同程度的下降,而根冠比、膜脂过氧化产物丙二醛(MDA)含量显著增加。外源ABA的喷施可提高干旱胁迫下滇润楠幼苗的适应性,尤其是重度干旱下,外源ABA显著提高了叶片相对含水量21.0%,同时增加了植株株高和生物量的累积,提高了根冠比,为良好水分条件的2.1倍;减少了干旱下膜脂过氧化产物MDA的累积,提高了抗氧化酶过氧化氢酶、超氧化物岐化酶的活性,显著增加了脯氨酸的含量,为良好水分条件的7.7倍。外源ABA的喷施显著缓解了干旱胁迫对植株光合器官的不利影响,减少干旱引起的叶片净光合速率及气孔导度的下降,并且减轻了PSⅡ受到干旱的伤害程度,重度干旱下喷施ABA的植株的F_v/F_m显著高于未喷施ABA的植株。外源ABA的喷施可以减轻干旱对滇润楠植株的伤害,提高其抗旱性。     

阿魏酸对凤丹干旱胁迫的缓解效应

以凤丹为材料,研究阿魏酸(FA)对植株自然干旱胁迫的缓解效应。结果表明:与对照相比,FA处理可显著提高叶片含水量、抗氧化酶活性,降低活性氧积累、脯氨酸含量和相对电导率,从而减少干旱胁迫对植株的伤害。此外,干旱胁迫同样引起了光合特性与叶绿素荧光参数发生变化,而FA处理不仅提高了植株的光能利用效率,而且增强了叶片的热耗散,进而维持了光合机构的完整性。本研究明确了FA对凤丹干旱胁迫具有一定的缓解效应,这可为凤丹在干旱地区的栽培奠定基础。     

H2S对干旱胁迫下高山离子芥的作用研究

以高山冰缘植物高山离子芥（Chorispora bungeana）试管苗为实验材料,研究了0.3 mol·L^-1甘露醇模拟干旱胁迫响应过程中硫化氢（H₂S）调节高山离子芥的膜系统损伤程度、渗透调节物质和抗氧化酶系的作用,以及磷脂酶D（PLD）、活性氧（ROS）与H₂S信号分子在高山离子芥中响应干旱胁迫中的作用和可能存在的信号关系。结果显示：干旱胁迫下,外施H₂S供体NaHS显著降低高山离子芥电解质渗漏率及MDA含量、抑制ROS产生,提高渗透调节物质和抗氧化水平,从而增强高山离子芥的抗旱能力;干旱可诱导PLD活性、H₂S含量、ROS发生显著变化;当分别外施PLD下游产物PA与ROS供体H₂O₂均可促进干旱胁迫下H₂S的释放,当同时外施PA和ROS抑制剂DPI时对干旱胁迫下H₂S含量没有显著影响,当同时外施PLD抑制剂正丁醇与ROS抑制剂DPI则显著抑制干旱胁迫下H₂S含量的产生,表明干旱胁迫下,高山离子芥中ROS位于PLD的下游、H₂S的上游发挥作用。     

蛋白质组学在植物水分胁迫应答中的应用研究进展

水分胁迫是影响植物生长发育的主要生长因子。通过蛋白质组学技术可对水分胁迫下植物差异变化的蛋白和基因进行挖掘,在研究植物抗旱生理机制方面意义重大。总结了植物蛋白质组学的基本方法与关键技术,同时从光合与碳代谢相关蛋白、抗氧化系统、渗透调节蛋白、热激蛋白、胚胎发育晚期丰富蛋白、转录因子等方面综述了近几年国际上在植物水分胁迫蛋白质组研究方面的进展,并展望了今后蛋白质组学技术发展的方向。     

Growth metabolism of wheat under drought stress at the jointing-booting stage

AimsThe aim of this study was to investigate the effects of drought stress on primary, secondary metabolites and metabolic pathways in the leaves of wheat, these parameters were evaluated to determine the physiological adaptive mechanisms by which wheat tolerates drought stress at the jointing-booting stage.MethodsA pot experiment was carried out in rain-proof shelter. The relative growth rate, photosynthetic characteristics and metabolism seedlings exposed to stresses lasting 12 days at jointing-booting stage were measured.Important findings The results displayed that the photosynthesis decreased under drought stress, causing the decreases of relative growth rate and dry matter mass. Profiles of 64 key metabolites produced by wheat including organic acids, amino acids, carbohydrates, purine, etc. were examined, 29 of them were changed significantly under drought stress. Principal component analysis (PCA) showed that 64% variations can be explained by the two principal components. One-way ANOVA analysis results revealed that long term drought stress decreased malic acid, citric acid and aconitic acid significantly, indicating inhibited tricarboxylic acid cycle. We further found that prolonged drought stress led to accumulation of progressive amino acids (proline, serine, valine) and carbohydrates (myo-inositol, fructose, clucose) in wheat leaves and depletion of transamination products (asparagine, glutamine, γ-aminobutyric acid). These results imply wheat may enhance its drought tolerance mainly by increasing amino acid biosynthesis and glycolysis under water-deficit conditions. Our findings suggest that drought condition altered metabolic networks including transamination, the tricarboxylic cycle, gluconeogenesis/glycolysis, glutamate-mediated proline biosynthesis, and the metabolisms of choline, pyrimidine and purine. This study provides new insights into the metabolic adaptation of wheat to drought stress and important information for developing drought-tolerant wheat cultivars.     

拔节孕穗期小麦干旱胁迫下生长代谢变化规律

采用盆栽试验模拟干旱胁迫(土壤相对含水量40%-45%)在小麦(Triticum aestivum)拔节孕穗期胁迫12天, 测定其生长速率、光合特征及关键代谢产物含量, 以探讨干旱胁迫对拔节孕穗期小麦叶片初生及次生代谢产物的影响及其涉及的代谢途径, 讨论小麦生长代谢变化规律及应答机制。研究表明: 干旱胁迫使小麦叶片气孔受限制导致光合速率下降; 使叶绿素含量下降直接影响光系统II活性, 最终导致生长率降低。检测出的初级代谢产物组包括有机酸、氨基酸、碳水化合物、嘧啶和嘌呤等64个代谢产物, 其中29个代谢产物在干旱胁迫下发生明显的变化。主成分分析(PCA)结果显示全部样本均分布在95%的置信区间内, 两个主成分得分为64%。单因素方差分析结果表明, 干旱胁迫导致苹果酸、柠檬酸、乌头酸等参与三羧酸(TCA)循环的代谢产物消耗明显, 且引起大部分氨基酸(如脯氨酸、丝氨酸、缬氨酸)和碳水化合物(肌醇、果糖、葡萄糖)大量积累的同时转氨基代谢(天冬酰胺、谷氨酰胺和γ氨基丁酸)产物消耗, 研究证明干旱胁迫明显地促进小麦叶片的糖酵解和氨基酸合成途径, 但抑制了TCA循环和转氨基反应, 加速氨基酸代谢网络向脯氨酸合成转变过程。这些结果表明干旱胁迫引起了转氨基反应、TCA循环、糖酵解/糖异生、谷氨酸介导的脯氨酸合成, 以及嘧啶和嘌呤等代谢网络系统广泛的变化, 说明小麦在合成大量的氨基酸和碳水化合物类物质的同时也消耗了大量的能量, 暗示了糖异生到脯氨酸合成的转变。     

Additive and non-additive responses of seedlings to simulated herbivory and drought

Drought is a global threat, increasing in severity and frequency throughout tropical ecosystems. Although plants often face drought in conjunction with biotic stressors, such as herbivory or disease, experimental studies infrequently test the simultaneous effects of drought and biotic stress. Because multiple simultaneous stressors may have non-additive and complex effects on plant performance, it is difficult to predict plant responses to multiple threats from research examining one stress at a time. Using an experimental approach in the greenhouse, we investigated potential non-additivity in seedling growth and survival to simulated drought and herbivory across a phylogenetically diverse pool of ten Hawaiian plant species. Overall, seedlings showed limited tolerance, defined as similar growth and survival in stressed compared with control (non-stressed) plants, to simulated herbivory and drought, with the combined effects of both stressors to be generally additive and negative across species. Significant variation in stress tolerance was detected among species, and species variation was explained, at least in part, by functional traits such that species with larger root/shoot ratios and smaller seeds, tended to demonstrate greater herbivory and drought tolerance. Future research incorporating additional trait analysis and different stressors could shed light on mechanisms underlying seedling stress tolerance and clarify whether additivity, as detected in this study, extends across other combinations of stressors. Such work will provide needed insights into the regeneration of seedlings in tropical forests under threats of herbivory and climate change.     

干旱胁迫对红花玉兰幼苗生长和生理特性的影响

以1年生红花玉兰幼苗为试验材料,采用称重控制土壤含水量的方法,设置对照(CK)、轻度干旱胁迫(T1)、中度干旱胁迫(T2)和重度干旱胁迫(T3)4个水分处理水平,研究了干旱胁迫对红花玉兰幼苗生长过程中的生长和生理生化指标的影响.结果显示:(1)随着干旱胁迫的加剧,红花玉兰幼苗株高、地径和生物量逐渐降低,可溶性蛋白含量逐渐升高,叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在T1处理略有升高,在T2和T3处理明显降低.(2)随着胁迫时间的延长,红花玉兰幼苗叶片组织相对含水量降低,丙二醛含量先升后降再升,脯氨酸含量逐渐升高,保护酶SOD、POD、CAT和APX活性均呈先增加而后降低的变化趋势.研究表明,在不同程度的干旱胁迫条件下,红花玉兰幼苗的生长受到一定程度的抑制,但能够通过调节自身的保护酶系统活性和渗透调节物质含量来减轻干旱伤害,维持植物体的正常生理代谢功能,从而表现出一定的抗旱耐旱潜力.     

避雨环境下苹果幼树水分状态指标对干旱胁迫的响应

在避雨环境下进行土壤水势渐进式下降处理,研究了苹果树体水分状态指标对土壤干旱胁迫响应的敏感性,分析了不同水分状态指标与树体水分平衡之间的关系.结果表明: 树干直径日较差(MDS)及中午树干水势(Ψ_stem)对干旱胁迫最敏感.MDS对参考蒸散(ET₀)有明显的响应,且对干旱胁迫比较敏感,与ET₀呈显著正相关,相对树干直径日较差(MDS_r)与相对土壤水势(Ψ_{r soil})呈显著负相关,树干直径可实现连续性测量及自动化记录.Ψ_stem对土壤干旱胁迫较敏感,且与ET₀呈显著负相关,相对中午树干水势(Ψ_{r stem})与Ψ_{r soil}呈显著相关,目前叶水势和树干水势难以实现自动化连续性观测.其他树体水分状态指标,如黎明前叶水势(Ψ_pd)、树干直径日生长量(DG)和气孔导度(g_s)等对中度或重度干旱胁迫也有不同程度的响应,但总体上对土壤水势变化的响应不敏感.