沙生植物构型及其与抗风蚀能力关系研究综述

沙生植物在风蚀防治中起着至关重要的作用,长期的适应结果使其形成了特定的构型特征。构型特征不同,其抗风蚀的作用也不尽相同。过去的研究主要着眼于个体或群体组合,探讨沙生植物对近地面流场的影响和固阻沙作用。对于构型特征,主要从构件水平上探讨不同构型特征的沙生植物对环境的适应对策,而其抗风蚀作用的差异,还缺乏量化研究和系统探讨。本文评述了沙生植物构型及其与抗风蚀效果关系的研究进展,指出了今后需要优先深入研究的重点问题,从而为完善沙生植物抗风蚀机理提供科学依据。     

河西走廊中部两种荒漠植物根系构型特征

在河西走廊中部,采用挖掘法挖取红砂和白刺根系,应用拓扑学与分形理论分析了根系构型的特征.结果表明: 2种荒漠植物根系的拓扑指数均较小,根系分支模式均近似为叉状分支结构.红砂和白刺根系具有较好的分形特征,其分形维数分别为(1.18±0.04)和(1.36±0.06);分形维数、分形丰度与根系平均连接长度均呈显著正相关.2种荒漠植物根系的平均连接长度均较大,以扩大植物的有效营养空间,从而适应干旱贫瘠的土壤环境.2种荒漠植物根系分支前的横截面积等于根系分支后的横截面积之和,验证了Leonardo da Vinci法则.对17个根系构型参数进行主成分分析,根系拓扑指数、根系连接数量、逐步分支率和根系直径4个根系构型参数能很好地表示2种荒漠植物根系构型特征.     

石羊河下游7种沙生灌木的构型比较

为了明确比较相同环境下不同灌木的构型特征,揭示其防风固沙机理,也为仿真模拟研究提供基础数据,该研究对石羊河下游的相同环境下,高度相似的梭梭(Haloxylon ammodendron)、油蒿(Artemisia ordosica)、沙蒿(A.arenaria)、花棒(Hedisarum scoparium)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、白刺(Nitraria tangutorum)、红砂(Reaumuria kaschgarica)7种灌木的分枝角度、枝长和分枝数等构型指标进行测量分析。结果表明:(1)7种灌木中有6种的平均分枝角度自冠层内部向外逐渐变大,枝序级可分为四级,除油蒿外,其余灌木的冠层外枝均较长。(2)分枝分维数以红砂最大,其次为梭梭和白刺,沙拐枣和花棒最小;除梭梭外,其余灌木的总体分枝率都小于1。(3)除沙拐枣外,其余灌木的侧影面积随高度增加而增加,达到最大值后又逐渐减少。研究认为,生长在相似环境的灌木形成了不同构型,红砂、白刺、油蒿和花棒可归为密生枝型灌木,梭梭、沙拐枣和沙蒿则可定为疏生枝型灌木。     

荒漠植物梭梭和沙拐枣的花环结构及C4光合特征

 为了探讨梭梭（Haloxylon ammodendron）和沙拐枣（Calligonum mongolicum）适应高温强光荒漠环境的光合作用机构及特征,通过对其同化枝的解剖结构观察,δ13C值分析,以及气体交换测定表明：二者均具有花环结构(Kranz anatomy),肉细胞（Mesophyll cell）呈栅栏状,其内侧是维管束鞘细胞（Bundle sheath cell）,小维管束与维管束鞘细胞相接。在栅栏组织和贮水组织中,梭梭具有形状巨大的含晶细胞;沙拐枣具有大量的粘液细胞。梭梭和沙拐枣同化枝的δ13C值分别为-14.3‰和-14.8‰,在不同生长季节和土壤水分条件下,二者的δ13C值变化在-14‰到-16‰之间。梭梭和沙拐枣的CO2补偿点分别为2 μmol•mol－1和4 μmol•mol－1,光饱和点分别为1 660和1 756 μmol•m－2•s－1,表观光合量子效率分别为0.044和0.057 mol CO2•mol－1 photons。这表明,广泛分布于我国荒漠地区的木本植物梭梭和沙拐枣为C4植物,其光合途径不随生长季节和水分条件的变化而改变。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析, 有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述, 并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

植物根构型的定量分析

植物根系具有锚定植株、吸收和运输土壤中的水分及养分、合成和贮藏营养物质等重要功能。根构型是根系在土壤中的空间造型和分布。对植物根构型进行定量分析,有助于人们了解根系结构和根系功能在生态系统中的重要作用。本文对植物根构型的概念及其定量分析研究进展进行了概述,并介绍了植物根构型的主要研究方法和定量分析技术。     

民勤荒漠绿洲过渡带优势植物地上和地下生物量的估测模型

荒漠优势物种生物量的定量测量是荒漠土壤管理的重要依据。为精确估计民勤典型绿洲-荒漠过渡带中优势物种生物量,我们用随机选取的82个10 m×10 m的样方进行优势物种调查。结果显示试验地物种结构简单,而且总盖度仅为16.12%。选取5种荒漠优势物种(白刺(Nitraria tangutorum)、沙拐枣(Calligonum mongolicum)、梭梭(Haloxylon ammodendron)、沙蓬(Agriophyllum squarrosum)和盐生草(Halogeton arachnoideus)),利用全挖法测定其地上和地下生物量。用测定生物量80%的数据分析每一种植物地上和地下干、鲜生物量与其自身的形态参数地径、高度和冠幅之间的相关关系,再利用线性回归分析方法,以相关性显著的形态参数为自变量确定了预测试验地每一优势物种最适宜的地上及地下干、鲜生物量的回归模型。研究结果证实包括地茎(除白刺)和盖度为自变量的回归方程和5种优势荒漠植物的生物量拟合度很好,用测定生物量20%的数据对所有模型进行检验,证实所有生物量的估测模型能够精确预测优势荒漠物种生物量。     

中国干旱半干旱区荒漠植物叶片(或同化枝)表皮微形态特征

为了探讨荒漠植物叶片表皮微形态结构对长期荒漠环境的适应特征及其分类学意义, 应用扫描电镜对中国干旱半干旱荒漠区28科74属117种200多个自然居群的植物叶片(或同化枝)表皮微形态进行了研究。荒漠植物叶(或同化枝)表皮的基本特征是: 表皮附属物相当丰富, 包括大量的表皮绒毛、角质膜蜡质片层或晶体颗粒、表面瘤状或疣状突起以及相对下陷且密度较低的气孔器。对表皮微形态结构及附属物组成进行对比分析, 将荒漠植物粗分为11种基本类型, 包括表皮完全被形态各异的蜡质层或表皮毛覆盖、不同形态类型的表皮毛和蜡质层结合、蜡质层与不同分布类型的气孔器或表皮毛结合, 以及各种突起的表皮细胞与蜡质层的结合等。根据抗逆所依赖的表皮及其附属物微形态结构, 将荒漠植物适应环境胁迫的叶片表皮微形态分为6种主要类型, 它们分别依赖于表皮毛、角质层蜡质、表皮凹凸结构、表面突起、混生的附属物以及上下表皮异化特征。荒漠植物叶表皮微形态结构的适应特征是通过表皮附属物(绒毛和角质膜蜡质层)与表皮结构(凹凸、乳突和气孔器)的相互协调作用, 共同抵御强光、降低叶片的蒸腾来提高植物对干旱等不利环境的抗性。该研究在一定程度上阐明了荒漠植物对逆境的适应机理及其演化趋势, 并为优良固沙植物的筛选提供了理论依据。     

木本植物的构型及其在植物生态学研究的进展

一般认为 ,木本植物的植株结构由枝系和根系两个亚系统构成[5,3 8] 。其地上部分的枝或茎的顶端分生组织和侧生分生组织通过不断重复的、持续的活动产生新的分枝 ,构成了复杂的枝系结构和多样的形态特征。传统的植物学研究中曾以树木的形态特征作为植物形态学、分类学和植被类型划分的依据。由于植物种群生态学中构件理论的提出[6,4 1] ,人们已经意识到植物体的各构件单元之间的关系和等级结构 ,认为木本植物地上部分存在着两种尺度的整合 ,即各构件单元在枝条水平上的整合以及各枝条构成的冠幅复合体[1,2 1] 。植物体不同的枝系特征以及枝…     

荒漠植物叶片或同化枝δ13C值及水分利用效率研究

温带荒漠植物长期生长在夏季炎热高温、冬季寒冷低温、长年干旱缺水的极端环境中,以其特有的形态学特征和生理功能来减少水分损失.为了探讨荒漠植物水分利用效率(WUE),为荒漠生态系统保育和退化植被恢复重建提供理论依据,运用稳定碳同位素技术和光合仪测定对比的方法,对河西走廊中段临泽绿洲北部荒漠中5种植物进行了全年生长期研究.结果表明荒漠植物月水分利用效率与年生长期平均水分利用效率的相关性在8月份最高,其方程式为WUEgpa= -1.8 + 1.98 WUEAug(P = 0.011,r =0.96);月稳定碳同位素比率(δ13C 或13 C/12C) (‰)与生长期平均WUE的相关性在8月和9月最大,可靠性最高,其方程式为WUE gpa= 4.7 + 0.0813 C/12Cmon(P=0.057,r=0.87).研究得出用稳定碳同位素比率指示温带荒漠植物的短期水分利用效率,随着叶片或同化枝成熟,越往生长后期,正相关性越高,直至霜降;用稳定碳同位素比率指示植物的长期水分利用效率,以8月下旬至9月下旬采样最好.梭梭和沙拐枣的水分利用效率显著高于其它荒漠植物,5种荒漠植物长期水分利用效率的排列顺序为梭梭＞沙拐枣＞柠条＞花棒≈泡泡刺.     

植物茎分枝的分子调控

植物茎分枝结构决定了不同植物的不同形态结构.本文从腋生分生组织的发生、腋芽的生长两个方面综述了近年来植物分枝发生发育相关的分子机理研究及其进展.发现在不同植物中腋分生组织形成的基本机制是相似的,LS（lateral suppressor）及其同源基因在不同植物中都参与腋生分生组织的形成,而BL(blind)及其同源基因也参与调控腋生分生组织的形成.腋生分生组织的形成可能也是受激素调控的.目前,对腋芽生长的分子调控机制的认识主要集中于生长素通过二级信使的作用调控腋芽的生长.而生长素调控腋芽生长的机制已经较为清楚的有两条途径：一是生长素通过抑制细胞分裂素合成来调控腋芽的生长;另一途径是一种类胡萝卜素衍生的信号物质参与生长素的运输调控(MAX途径)来调控腋芽的生长.最新研究表明,TB1的拟南芥同源基因在MAX途径的下游负调控腋芽的生长.此外,增强表达OsNAC2也促进腋芽的生长.     

民勤沙区几种荒漠植物群落的现实生态位研究

民勤沙区属于典型的干旱荒漠气候,植被以灌木荒漠为主,盖度一般只有5%~15%.植物群落内生态位宽度悬殊,植物种之间的生态位相似比例很小.生态位宽度和生态位相似比例小是受制于干旱荒漠生境条件的结果,是干旱荒漠生态环境中稀疏荒漠植物的主要特征之一.植物的现实生态位宽度与年际降水量关系密切,在地貌、土壤颗粒、土壤水分、土壤养分等影响因子中,土壤水分是主导因子.当地地下水位深20 m左右,植物无法利用,植物种之间对资源的竞争主要表现为对水分资源的竞争,降水资源是植物种之间竞争的关键资源.同一种植物在不同群落中的生态位宽度变幅较大,不同群落内部植物种竞争关系的差异是由物种的生态位和由相对稳定的地貌、土壤条件以及随年际变动的降水条件共同作用的结果.群落中的优势种植物的生态位最宽,当优势种生态位减小时,一年生短命植物往往会进入群落中.荒漠植物的冠层单一,以冠幅占样方面积比作为植物的特征值计算其生态位特征值比较准确可靠.     

民勤荒漠区主要植物群落的稳定性及生态效应

以民勤荒漠区5种主要植物群落10个样方12年的定位观测资料为基础,运用植被盖度和投影盖度2个指标对荒漠区植物群落的稳定性及其生态效应进行分析,以期阐释随着全球变暖荒漠植物群落的稳定性和生态效应的变化规律。观测结果表明,沙蒿(Artemisia arenaria)的植被盖度和麻黄(Ephedra przewalskii)的植被盖度以及沙蒿的投影盖度和梭梭(Haloxylon ammodendron)人工林的投影盖度显著下降,白刺(Nitraria tangutorum)的植被盖度亦下降。分析结果表明:(1)植被盖度相对较低的群落的稳定性较强,而植被盖度相对较高的群落的稳定性相对较差。(2)当年降水量是决定植被盖度及其投影盖度的关键因子。(3)单位面积的白刺的生态功能最大,其次是麻黄,再次是白刺+梭梭,单位面积的沙蒿的生态功能最低。荒漠区植被稀疏,植株枝条分布极不规则,以冠幅计算所得的植被盖度不能反映植被实际覆盖地表的状况。     

荒漠植物种子逆境萌发研究进展

对水分、温度、光照、沙埋深度、盐分胁迫及以上几种综合因素在逆境条件下对荒漠植物种子萌发的影响进行了综述。降雨次数、雨量大小、分布及土壤湿度是决定荒漠植物种子萌发的重要生态因子;温度是影响荒漠植物种子萌发的关键生态因子之一,变温有利于荒漠植物种子萌发;光照并非大多数荒漠植物种子萌发的必要条件,少部分荒漠植物种子萌发需要光照,有些要在黑暗中萌发,有些则对光照无特殊要求,光照对有些荒漠植物种子萌发有一定的抑制;不同沙埋深度具有不同的土壤湿度,土壤温度和光照等条件,综合调控荒漠植物种子的萌发;盐分胁迫抑制种子的萌发。荒漠植物种子的萌发在以上几种因素的共同协调作用下表现出一定的适应性。随着研究的不断深入和生态环境建设的需求,需要加强荒漠植物生理生态研究的深度和研究的系统性。     

民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应

植物物候反映了过去一段时间气候条件的累积对植物生长和发育的综合影响.通过收集1974-2007年民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候观测数据以及民勤治沙综合试验站同步观测的气象资料,分析了马蔺的物候特征及其对不同时间尺度气候变化的响应过程,结果表明:(1)马蔺的平均生长季长度约为201.7 d,并呈现出逐年增加的趋势,大致表现为每10a延长0.8d,但随着年份的变化并不显著(P＞0.1).(2)除开花期的开始时间出现明显的延后外(P＜0.1),马蔺其它物候期的开始和结束时间均表现为轻微的延后趋势,且随着年份的变化不显著(P＞0.1).马蔺各个物候期的持续时间不同年份差异较大,其中萌动期、开花期和果熟期的持续时间随着年份出现减少的趋势,而展叶期和黄枯期的持续时间随着年份则出现增加的趋势,但其变化均不显著(P＞0.1).(3)马蔺整个生长季的延长可能受气温和降水的综合作用,其物候期的开始时间对物候期开始之前3周到3个月之间的积温有着显著的响应(P＜0.01),而对于长时间尺度的积温则响应不显著(P＞0.1);其部分物候期的开始时间对于中短时间尺度的累积降雨有着较显著的响应(P＜0.1),但是对于长时间尺度的累积降雨则所有物候期都响应较弱(P＞0.1).(4)马蔺的物候期特征除了受区域气候变化影响之外,可能还与其自身的水分利用机制有关,未来的气候变化可能会进一步影响到该地区典型荒漠草本植物的物候特征.     

荒漠地区8种草本植物营养元素含量的比较分析

为深入了解荒漠植物营养元素计量特征,认识元素间的交互作用,揭示不同生长期、不同沙丘部位植物元素含量差异。以古尔班通古特沙漠8种优势草本植物(4种1年生植物,4种短命植物)为研究对象,采集不同生长期(旺盛期、枯萎期)、不同沙丘部位(坡上、腹地)的植株,测定全株植物的10种营养元素(C、N、P、K、Na、Mg、Al、Mn、Cu、Zn)。结果表明：(1)8种植物元素含量存在显著差异,体现了植物因遗传特性不同而对元素选择吸收的特点,含量为：C(230.19～401.82 mg·g^-1)、N(11.31～18.85 mg·g^-1)、P(0.95～2.08 mg·g^-1)、K(16.12～29.79mg·g^-1)、Na(0.88～3.31 mg·g^-1)、Mg(3.38～5.31 mg·g^-1)、Al(0.33～1.99 mg·g^-1)、Mn(51.35～105.32 mg·kg^-1)、Cu(4.14～6.38 mg·kg<...     

荒漠植物种子粘液的生态学意义

种子粘液是在种皮外层细胞的高尔基体内产生并分泌到胞腔内或细胞壁层的吸湿膨胀的一类果胶类多糖物质。具粘液种子的植物大多生长在荒漠地区,广泛存在于十字花科、菊科和车前科等类群中。粘液的存在对荒漠植物种子的扩散、萌发、防御以及幼苗的生长等都具有重要的生态学意义,是荒漠植物适应干旱少雨的生态环境的有效对策之一。对粘液种子的研究不仅可全面揭示荒漠植物的生态适应机制及其进化生态意义,还可为研究基因控制的糖类生物合成和分泌、细胞次生壁的生物合成及形态分化建立理想的模式体系。为此,在广泛查阅相关文献的基础上,该文综合分析了国内外种子粘液的研究进展,并重点探讨了以下几方面问题：（1）种子粘液的化学成分：（2）粘液及粘液种皮的形态特征：（3）粘液细胞分化与粘液生物合成的细胞学及基因调控机制以及粘液的释放方式：（4）种子粘液的生态学意义。在此基础上展望了今后的研究方向,以期为推动我国荒漠植物种子生态学的理论与应用研究及西部荒漠区的植物物种多样性保护和生态保育提供重要理论依据。     

太白红杉分枝格局的可塑性研究

研究了不同竞争类型和地形因子对太白红杉分枝格局的影响。结果发现：(1)处于不同竞争地位的太白红杉分枝格局有较大差异,主要是分枝率、枝长和枝间距变化明显;(2)太白红杉南、北方向的分枝格局有明显差异,主要是分枝率、枝长和末级枝的分枝角度的差异;而东、西方向上无明显差异;(3)由于受到地形的影响,太白红杉个体中存在明显的侧枝上转现象。研究结果表明：处于不同竞争地位的太白红杉植株在分枝格局上表现出明显的差异,太白红杉不同方位的分枝也具有较大的差异,说明太白红杉植冠构型具有较强的形态可塑性和适应性。     

植物支链淀粉合成的关键酶——淀粉分支酶

支链淀粉是植物淀粉的主要成分,而淀粉分支酶是其合成的关键酶。淀粉分支酶可分为两同形体家族,本文从酶学特性、染色体定位、基因及基因表达方面阐明了它们之间的联系和区别,并证实不同同形体在植物支链淀粉合成和结构决定上所起作用不同。开展对该酶的深入研究不论是在基础理论研究领域还是在现实应用方面都具重要意义。     

古尔班通古特沙漠中4种荒漠草本植物的生物量与化学计量特征

对于荒漠植物不同生长期生物量分配和化学计量比的研究有助于深入了解荒漠植物的功能结构,更好掌握环境对植物的生存影响。本研究选取古尔班通古特沙漠4种一年生荒漠草本植物沙蓬（Agriophyllum sqarrosum（L.）Moq.）、雾冰藜（Bassssia dasyphylla（Fisch.et Mey.）O.Kuntze）、角果藜（Ceratocarpus arenarius L.）和碱蓬（Suaeda glauca（Bge.）Bge.）对比研究了4种生物量分配与N、P化学计量学随植物生长的变化。结果显示：（1）4种荒漠植物生物量积累配过程中,根冠比随生长季的延长逐渐降低。地上、地上生物量相关生长关系表明,角果藜为等速→异速的变化过程,沙蓬从采样初期至末期的变化过程为异速→等速生长,而沙蓬和碱蓬的相关生长指数相反,分别为异速→等速→异速、等速→异速→等速的变化格局;（2）4种植物N、P含量随生长期的延长逐步降低。在整个生长季节4种植物的N与P含量的变化趋势均为相似。（3）植物N、P含量间达到正相关显著,除沙蓬和雾冰藜的N：P之外其余指标分别与植物的地上、地下生物量及总生物量间呈负相关显著,而根冠比、相关生长指数与化学计量特征间未达到显著水平,表明了二者较弱的相关性。研究表明,4种荒漠草本植物生物量与化学计量特征的相关性不大,说明化学计量比并不是影响植物生物量及生活策略的主要因素,而更多是受植物自身遗传特性的影响。同时也体现了荒漠草本植物在养分匮乏的条件下,形成了自身独特的生理生态特征,且具有相对稳定的适应特性。