中国东北典型森林生态系统植物叶片的非结构性碳水化合物研究

植物叶片的非结构性碳水化合物(NSC)不仅可以反应植物的碳供应状况,也能反应植物对外界环境的适应策略。利用传统的蒽酮比色法测定了东北3个典型森林生态系统(呼中、凉水和长白山)242种常见植物叶片的非结构碳水化合物,探讨了温带主要森林植物叶片NSC沿纬度梯度的变化趋势及其在物种-生活型-群落间的分布规律。实验结果表明:3个典型森林生态系统植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均呈偏正态分布,多数物种的含量偏中低水平;242种植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC的平均含量分别为63.31、65.66和128.96 mg/g。在所调查的森林生态系统中,叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量在不同生活型中表现各异。此外,乔木植物叶片的可溶性糖、淀粉和NSC含量从北到南呈递增趋势,呼中最低,凉水次之,长白山最高。乔木淀粉含量均表现为落叶树种大于常绿树种,可溶性糖和NSC含量变化趋势复杂。研究结果不仅为阐明东北主要森林生态系统植被碳代谢和生长适应对策提供数据基础,而且对理解植物对未来气候变化的响应机理提供数据支撑。     

三个亚热带森林优势种凋落物非结构性碳水化合物含量的季节动态

非结构性碳水化合物(NSC)是凋落物中的易分解组分,在凋落物分解早期快速释放进入土壤并被微生物利用,参与森林土壤生物地球化学循环,因此新鲜凋落物中NSC变化规律是认识森林土壤碳和养分循环的关键之一。选取亚热带常绿阔叶林优势树种米槠(Castanopsis carlesii)和主要造林树种杉木(Cunninghamia lanceolata)、马尾松(Pinus massoniana)为研究对象,分析其新鲜凋落叶和凋落枝中NSC(可溶性糖和淀粉)含量的动态变化规律。结果表明：凋落物中NSC含量在不同月份表现出明显的时间动态,米槠、杉木和马尾松凋落叶和凋落枝中NSC含量总体上在11—12月呈上升趋势,而在2—6月呈缓慢下降趋势。不同类型的凋落物NSC含量存在显著差异,米槠、杉木和马尾松凋落叶中NSC含量分别为3.03%—3.56%、2.18%—4.37%、3.38%—4.89%,凋落枝中NSC含量分别为1.87%—4.22%、2.88%—4.28%、2.75%—5.27%,米槠和马尾松凋落叶中NSC含量高于凋落枝,而杉木凋落枝中NSC含量高于凋落叶。不同树种凋落物NSC含量差异显著,米槠和...     

巴郎山大叶醉鱼草叶片非结构性碳水化合物和氮分配的海拔响应

为深入认识和探讨植物对环境变化的生理生态响应和适应,以分布在川西巴郎山的大叶醉鱼草(Buddleja davidii)为研究对象,沿海拔梯度对植物叶片中非结构性碳水化合物(NSC)、可溶性糖和淀粉含量,氮含量和氮分配比例(光合系统氮分配比例P_P、细胞壁氮分配比例P_CW和其他组分氮分配比例P_other)等参数进行对比分析,探讨其沿海拔的变化趋势,以及叶片NSC、可溶性糖和淀粉含量与氮分配间的相关关系。结果显示：大叶醉鱼草叶片NSC、可溶性糖、淀粉和单糖含量随海拔的升高而增加,而可溶性糖/淀粉比值未发生显著变化,表明高海拔较高的NSC含量的累积是由可溶性糖和淀粉含量共同决定的,而可溶性糖含量的增加主要由单糖含量的变化引起。叶片氮含量和P_P在海拔间差异不显著,但P_CW和P_other分别随海拔升高而降低和升高。此外,随海拔升高,叶片NSC/N比值随之增加,这主要归因于随海拔升高而增加的NSC含量而非海拔间差异不显著的氮含量。NSC含量和可溶性糖含量均与P_...     

平潭岛海岸三种典型沙生植物非结构性碳水化合物含量特征研究

非结构性碳水化合物(non-structural carbonhydrate,NSC)作为光合作用的主要产物,其含量多少可反映植物整体的碳收支平衡关系及对外界环境胁迫的适应策略。该研究采用改进的苯酚-浓硫酸法对福建省平潭岛海岸处于生长旺盛期的3种典型沙生植物木麻黄、单叶蔓荆和老鼠艻茎叶的NSC及其组分含量进行测定。结果表明:(1)单叶蔓荆叶片、茎干可溶性糖含量均最大,分别为(137.83±3.75)、(90.74±2.65)mg·g~(-1),老鼠艻叶片、茎干淀粉含量均最大,分别为(105.41±2.49)、(120.48±7.67) mg·g~(-1),二者茎叶NSC含量均大于木麻黄,且全部达到显著水平(P0.05)。(2)沙堆表面老鼠艻叶片NSC及组分含量从雏形、发育到稳定阶段变化不明显,但茎干NSC及组分含量在雏形阶段沙堆表面显著大于其他两个演替阶段(P0.05),且依次呈现下降趋势。(3)从幼龄林、中龄林到成龄林阶段,木麻黄NSC含量呈现先上升后下降趋势,其中成龄林叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量、茎干可溶性糖和NSC含量均显著低于其他两个生长阶段(P0.05)。(4)不同沙生植物对环境胁迫的适应策略各异,海岸沙丘表面植被恢复应充分考虑物种特性及其更新。     

秦岭东段栓皮栎叶片非结构性碳水化合物含量的季节动态

研究树木叶片非结构性碳水化合物(Nonstructural carbohydrate,NSC)组分的季节变化是掌握树木碳代谢规律的基础,也有利于判断以往研究仅凭生长季单次或几次(5次)的取样方法是否存在一定局限性。以秦岭东段栓皮栎(Quercus variabilis Blume)优势群落为研究对象,在其分布的海拔上下限(650 m和970 m),于2016年5月至2017年5月,通过月尺度周期性取样(共计9次),测定栓皮栎叶片NSC及其组分含量,并观测同期叶片物候变化。结果显示:(1)栓皮栎叶片NSC及其组分季节变化差异显著(P0.05),可溶性糖、淀粉和NSC变异系数分别为20.99%、52.28%和25.96%;(2)整体而言,栓皮栎叶片NSC最小值在展叶初期(3月末—4月初,5%左右),最大值在展叶末期(5月上旬,12%左右),之后NSC呈持续下降趋势。不同海拔NSC极值出现时间略有不同,叶片物候可能是影响年内极值的主要原因。(3)栓皮栎叶片NSC组成以可溶性糖为主(65%),这可能是树种在暖温带所采取的生长策略。(4)海拔对栓皮栎叶片NSC及其组分影响差异不显著,低海拔栓皮栎叶片NSC及其组分含量略大于高海拔。研究结果,栓皮栎叶片NSC含量存在明显的季节波动,适当加大NSC采样频率对于正确理解树木碳代谢十分必要。     

温带不同材性树种树干非结构性碳水化合物的径向分配差异

温带森林不同树种具有不同的非结构性碳水化合物(NSC)存储和利用策略, 树干是成年树木NSC主体储存库。但树干NSC径向变异和种间差异仍不清楚, 无孔材(裸子植物)、散孔材和环孔材(被子植物)所代表的木材孔性功能群对树干NSC浓度的影响尚缺乏定论。为探索温带森林主要树种树干NSC浓度随树木木材孔性和组织的变化特征, 该研究在黑龙江省穆棱市的东北典型阔叶红松(Pinus koraiensis)林中选择32个树种, 采集胸高位置树皮、边材和心材3种组织, 分析NSC浓度随木材孔性和组织的变化特征。结果表明: (1)树种、组织和木材孔性均显著影响树干的NSC浓度。3种组织可溶性糖、淀粉、总NSC浓度和糖/淀粉的种间变异较大, 变异系数最低为37% (树皮总NSC浓度), 最高达到101% (心材淀粉浓度), 树干组织、树种及其交互作用均显著影响NSC浓度。(2)总体上可溶性糖、淀粉和总NSC浓度均随径向深度增加而降低。无孔材树皮的可溶性糖浓度和糖/淀粉显著高于散孔材和环孔材, 而边材中的淀粉和总NSC浓度为环孔材>散孔材>无孔材。(3)无孔材可溶性糖、淀粉和总NSC浓度边材和心材比均在1左右, 显著低于散孔材和环孔材, 而且无孔材边材和心材之间淀粉浓度相关较紧密, 表明被子植物的边材、心材功能分化较裸子植物更为明显。研究结果表明木材孔性影响了温带树种树干NSC存储策略, 研究整树NSC以及树木生理生态学功能需要区分树干组织。     

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。     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

木本植物非结构性碳水化合物变化及其影响因子研究进展

非结构性碳水化合物(NSC)是植物新陈代谢过程中重要的供能物质,NSC库的动态变化不仅反映了植物体内的碳收支状况,还影响着植物的生理代谢活动.为了预测树木甚至整个森林生态系统对未来气候变化的响应和适应能力,本文综述了树木NSC研究的最新进展,重点介绍了NSC库的季节和区域性变化,分析总结了影响树木NSC含量和分配格局变化的主要环境因素.最后还对未来气候变化背景下树木NSC库可能的响应策略和适应状况进行了讨论,展望了未来树木NSC领域的研究方向.     

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。     

Phenology of Tree Species in Bolivian Dry Forests

Phenological characteristics of 453 individuals representing 39 tree species were investigated in two dry forests of the Lomerío region, Department of Santa Cruz, Bolivia. The leaf, flower, and fruit production of canopy and sub–canopy forest tree species were recorded monthly over a two–year period. Most canopy species lost their leaves during the dry season, whereas nearly all sub–canopy species retained their leaves. Peak leaf fall for canopy trees coincided with the peak of the dry season in July and August. Flushing of new leaves was complete by November in the early rainy season. Flowering and fruiting were bimodal, with a major peak occurring at the end of the dry season (August–October) and a minor peak during the rainy season (January). Fruit development was sufficiently long in this forest that fruiting peaks actually tended to precede flowering peaks by one month. A scarcity of fruit was observed in May, corresponding to the end of the rainy season. With the exception of figs (Ficus), most species had fairly synchronous fruit production. Most canopy trees had small, wind dispersed seeds or fruits that matured during the latter part of the dry season, whereas many sub–canopy tree species produced larger animal– or gravity–dispersed fruits that matured during the peak of the rainy season. Most species produced fruit annually. Lomerio received less rainfall than other tropical dry forests in which phenological studies have been conducted, but rainfall can be plentiful during the dry season in association with the passage of Antarctic cold fronts. Still, phenological patterns in Bolivian dry forests appear to be similar to those of other Neotropical dry forests.     

胡杨叶片碳水化合物及可溶性蛋白特征与叶形变化和个体发育阶段的关系

通过野外调查和室内分析,研究胡杨叶形变化及其碳水化合物及可溶性蛋白含量随个体生长发育阶段的变化规律。结果显示：（1）叶形指数随着胡杨胸径（树龄）的增加以及树冠由基向顶方向而逐渐减小,与树高和胸径均呈现极显著负相关。(2)叶片可溶性糖含量变化与个体发育阶段没有关系,在不同的发育阶段以及树冠的不同垂直空间保持在一个较高的稳定水平;叶片淀粉含量与胸径呈显著负相关,与叶形指数呈显著正相关,与叶片宽度呈极显著负相关;叶片可溶性蛋白含量与叶形指数呈显著正相关,与叶片长度呈极显著正相关。综合分析认为,胡杨叶形变化不仅存在于个体发育的不同阶段,同时存在于树冠的不同垂直空间,胡杨的叶形变化（异形叶性）是因个体发育阶段的不同而出现的生物学特征。在胡杨叶形指数随个体发育阶段、树冠由基向顶方向表现出逐渐减小的过程中,叶片淀粉含量随胸径增加、叶形指数减小和叶片宽度增加而减少;叶片可溶性蛋白含量随叶形指数和叶片长度的减小而减少。胡杨叶片淀粉、可溶性蛋白代谢可能在其叶片长度和宽度变化中具有调节作用。     

Genotypic Variations in Non-Structural Carbohydrate and Cell-Wall Components of the Stem in Rice,Sorghum, and Sugar Vane

We evaluated genetic variations in the non-structural carbohydrate (NSC) and the cell-wall components of stem in rice, sorghum, and sugar cane to assess the potential suitability of these gramineous crops for bioethanol production. For NSC, the maximum soluble sugar concentration was highest in sugar cane, followed by sorghum with sucrose. The major NSC in rice was starch, but there were wide variations in the starch to soluble sugar ratios among the cultivars. The total concentration of cell-wall components was negatively correlated with the NSC concentration, indicating competition for carbon sources. Among the cell-wall components, lignin was relatively stable within each group. The major sugar species composing hemicellulose was xylose in all crop groups, but there were differences in composition, with a higher fraction of arabinose and glucose in rice as compared to the other crops. In rice, there was less lignin than in sorghum or sugar cane; this might be advantageous for the efficient saccharification of cellulose.