干旱对杉木幼苗根系构型及非结构性碳水化合物的影响

通过比较不同时期不同强度干旱胁迫下杉木1年生盆栽苗地上部分生长、根系构型以及根系中非结构性碳水化合物含量（TNC）的变化,并分析各指标之间的相关性,探究杉木根系在干旱胁迫下的适应性策略以及抗旱生理机制,以期为杉木造林生产和水分管理提供科学依据和技术指导。结果表明：随着干旱程度的加强,杉木幼苗地上部分干重（SDW）、根干重（RDW）、根长（RL）、根表面积（SA）、根体积（RV）、根尖数（RT）、根系分支角度（Angle）、分形维数（FD）逐渐减小,根冠比（R/T）逐渐增大,根系拓扑指数（TI）、根系平均直径（RD）先增大后减小,比根长（SRL）先减小后增大。而根系连接长度（LL）、TNC、糖淀比在不同时期表现出不同的趋势。连接长度随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出逐渐增加趋势而在90 d时则表现出先减小后增大的趋势。TNC在30 d和60 d时先增大后减小,但90 d时,呈逐渐下降的趋势。糖淀比随着干旱胁迫的加强在30 d和60 d时表现出先增加后减小趋势,90 d时,表现为先减小后增大。干旱胁迫显著影响根系在不同径级的分布长度,且随着胁迫时间的延长不断变化。杉木地上部分生长与根系生长指标（RL、SA、RV、RT、RDW）以及根系构型指标（Angle、FD）之间存在显著的正相关（P < 0.01）,根系平均直径与TNC存在显著的正相关（P < 0.05）。总之,杉木通过增加根系光合产物的积累、提高根系建成成本,增加有限成本下根系的复杂程度和延伸范围,降低根系分支角度,使根系"更陡更深"来适应不同强度的干旱胁迫。     

干旱胁迫下腐植酸对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢的影响

以燕麦品种‘燕科2号’为试验材料,采用盆栽方式,分别在正常供水(75%田间持水量)、中度干旱胁迫(60%田间持水量)和重度干旱胁迫(45%田间持水量)3个水分条件下喷施腐植酸(HA)和等量清水(CK),对燕麦叶片中非结构性碳水化合物(NSC)含量及相关酶活性和籽粒产量进行测定,以明确腐植酸在干旱胁迫下对燕麦叶片非结构性碳水化合物代谢变化的影响,探讨HA对燕麦耐旱性的影响及其作用机制。结果表明：(1)随着土壤水分含量的减少,燕麦叶片中蔗糖和淀粉含量逐渐显著降低,蔗糖合成酶(SS)、蔗糖磷酸合成酶(SPS)活性显著降低,而酸性转化酶(S AI)和淀粉水解酶(α GC)活性显著提高。(2)燕麦叶片可溶性总糖和还原糖含量随着土壤水分含量的减少表现出先升高后降低的变化趋势,导致籽粒产量显著下降,且干旱胁迫程度越重变化幅度越大。(3)叶面喷施HA能不同程度提升中度和重度干旱胁迫下燕麦叶片中上述非结构性碳水化合物含量,并调节相关酶活性,显著提高籽粒产量,并在重度胁迫下的效果更佳。研究发现,腐植酸可以通过调控燕麦叶片NSC的代谢来响应干旱胁迫,降低叶片细胞渗透势,有效缓解干旱胁迫造成的损伤,增强植株耐旱性。     

干旱胁迫下紫花苜蓿幼苗非结构性碳水化合物代谢对NO的响应

以紫花苜蓿（Medicago sativa）为材料,采用盆栽试验方法,用聚乙二醇（PEG-6000）作为渗透介质模拟干旱胁迫,外源喷施NO供体硝普钠,NO清除剂（carboxy-PTIO,cPTIO）,对紫花苜蓿幼苗叶片、根系中非结构性碳水化合物含量及相关酶活性的变化进行研究,探讨NO对紫花苜蓿耐旱机制的作用。结果表明：外源NO促进了紫花苜蓿叶片中淀粉的分解、根系中淀粉的积累,提高叶片及根系中可溶性糖（蔗糖、果糖和葡萄糖）含量,降低了渗透势,促进细胞吸水,缓解干旱造成的损伤。此外,外源NO能提高干旱胁迫下紫花苜蓿叶片中蔗糖合成酶（SS）、酸性转化酶（AI）和中性转化酶（NI）活性,降低了蔗糖磷酸合成酶（SPS）的活性,提高根系中SS、SPS和转化酶活性,使蔗糖的合成与分解处于高水平的动态平衡,增强了紫花苜蓿的抗旱性。而NO清除剂cPTIO则会不同程度的抑制紫花苜蓿幼苗中非结构性碳水化合物（NSC）及其相关酶活性。因此,NO可以通过调控NSC的代谢响应干旱胁迫,缓解干旱胁迫造成的不利影响,在紫花苜蓿的抗旱中扮演着重要的角色。     

干旱胁迫下红砂幼苗非结构性碳水化合物动态变化特征

该试验以荒漠区主要建群种红砂幼苗为研究对象,设置适宜水分(CK)、轻度干旱(MD)、中度干旱(SD)和重度干旱(VSD)4个胁迫处理(即田间持水量的80%、60%、40%和20%),采用盆栽控水试验,分别测定干旱胁迫15、30、45和60 d时红砂幼苗的叶、茎、粗根和细根中非结构碳水化合物(NSC)及其组分的含量,分析不同胁迫强度下不同干旱持续时间红砂幼苗NSC的动态变化及各组分差异,以揭示红砂NSC对干旱胁迫的响应机制。结果表明:(1)干旱胁迫强度和胁迫持续时间对红砂幼苗不同器官NSC及其组分均有显著影响,其中胁迫持续时间对NSC动态变化的影响尤为显著。(2)干旱胁迫初期,红砂叶中的NSC含量呈下降趋势,而茎中的NSC含量呈上升趋势,粗根和细根中NSC含量在各胁迫处理下基本保持稳定。(3)干旱胁迫后期,红砂叶和茎中的可溶性糖、淀粉和NSC含量逐渐增加,而粗根和细根中的淀粉和NSC含量呈下降趋势(中度干旱除外),且这一时期重度干旱处理下各器官可溶性糖和NSC的含量明显高于CK。研究发现,重度干旱胁迫能显著诱导提高红砂幼苗不同器官中的NSC含量,并通过分解根中淀粉和增加叶片中可溶性糖含量的方式来调节细胞渗透势平衡,以维持细胞活力,进而保持红砂在干旱胁迫后期的存活。     

黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫与CO2倍增的响应

以‘津优1号’黄瓜水培幼苗为试材,采用裂区设计,主区设大气CO2浓度(约380μmol·mol-1)和倍增CO2浓度(760±20μmol·mol-1)2个CO2浓度处理,裂区设无干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫3个水分处理(以PEG 6000模拟根际干旱胁迫),研究了黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫和CO2倍增的响应.结果表明:CO2倍增促进了黄瓜叶片中非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖、水苏糖)的积累,降低了渗透势,提高了黄瓜的耐旱性.在干旱胁迫处理过程中,叶片中蔗糖合成酶、可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性先上升后下降;根中可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性则逐渐上升,蔗糖磷酸合成酶活性先上升后下降.CO2倍增提高了蔗糖合成酶的活性而降低了蔗糖磷酸合成酶的活性,这两种酶和转化酶相互配合,促进了蔗糖的分解和抑制蔗糖合成,导致己糖积累,从而降低了细胞的渗透势,增强吸水能力.因此,CO2倍增能缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高黄瓜的耐旱性,并且这种缓解效应在干旱胁迫严重时表现更为明显.     

小麦非结构性碳水化合物分配对水分胁迫的生理响应

以‘西旱2号’小麦为试材,采用水分胁迫和复水处理方法,研究了小麦发育过程中不同水分胁迫下非结构性碳水化合物(NSC)在小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中的动态变化,以及籽粒中碳代谢相关酶(可溶性淀粉合成酶SSS和淀粉粒结合态合成酶GBSS)活性的变化.结果表明:不同程度水分胁迫对小麦旗叶、茎、叶鞘等器官中蔗糖含量无显著影响.随水分胁迫的深入,花后12～ 18 d旗叶中淀粉含量显著增加;水分胁迫缩短了花后茎和叶鞘中淀粉的积累时间,抑制了茎中淀粉的转化和分配;而叶鞘中淀粉的积累逐渐增大,在中度水分胁迫下积累提前终止.在水分胁迫初期,各营养器官中的NSC含量为旗叶＞茎＞叶鞘;随着水分胁迫的深入,各营养器官中的NSC含量为茎＞旗叶＞叶鞘.小麦主要营养器官中NSC的分配速率及主要代谢酶的变化可能是小麦对水分胁迫的一种生理调节反应.     

黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫与CO2倍增的响应

以‘津优1号’黄瓜水培幼苗为试材,采用裂区设计,主区设大气CO₂浓度(约380 μmol·mol^-1)和倍增CO₂浓度(760±20 μmol·mol^-1)2个CO₂浓度处理,裂区设无干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫3个水分处理(以PEG 6000模拟根际干旱胁迫),研究了黄瓜幼苗非结构性碳水化合物代谢对干旱胁迫和CO₂倍增的响应.结果表明: CO₂倍增促进了黄瓜叶片中非结构性碳水化合物(葡萄糖、果糖、蔗糖、水苏糖)的积累,降低了渗透势,提高了黄瓜的耐旱性.在干旱胁迫处理过程中,叶片中蔗糖合成酶、可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性先上升后下降;根中可溶性酸性转化酶和碱性转化酶活性则逐渐上升,蔗糖磷酸合成酶活性先上升后下降.CO₂倍增提高了蔗糖合成酶的活性而降低了蔗糖磷酸合成酶的活性,这两种酶和转化酶相互配合,促进了蔗糖的分解和抑制蔗糖合成,导致己糖积累,从而降低了细胞的渗透势,增强吸水能力.因此,CO₂倍增能缓解干旱胁迫造成的不利影响,提高黄瓜的耐旱性,并且这种缓解效应在干旱胁迫严重时表现更为明显.
     

干旱-高钙对麻栎幼苗非结构性碳水化合物含量和分配的影响

土壤高钙胁迫是干旱-半干旱区影响树木生长的重要环境因子,为阐明干旱-高钙对树木非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrate,NSC)的含量和分配的影响,以麻栎幼苗为研究对象,阐明干旱和干旱-高钙条件对其生长、光合特征及非结构碳水化合物含量与分配的影响。结果表明:干旱显著降低麻栎幼苗生物量,而干旱-高钙处理较干旱进一步降低了麻栎生物量;干旱-高钙在处理初期就能显著抑制麻栎幼苗净光合速率,处理3个月后干旱和干旱-高钙处理的麻栎幼苗光合速率均显著低于对照;干旱处理麻栎幼苗平均非结构性碳水化合物含量增加19.90%,干旱-高钙处理麻栎幼苗整株的平均NSC含量则显著降低25.62%;干旱和干旱-高钙对麻栎幼苗NSC在不同器官间分配也产生不同影响,干旱条件下麻栎幼苗茎中NSC含量增加最多,较对照增加了52.34%,且淀粉的增高幅度(61.94%)高于可溶性糖(25.53%),干旱、高钙共同作用下麻栎幼苗全株平均NSC含量显著减少的同时,NSC积累在叶中,叶NSC含量显著提高32.31%,根、茎中NSC含量则分别显著降低了49.38%和35.31%。干旱-高钙胁迫降低麻...     

环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响

非结构性碳水化合物在海草体内的代谢对植株的生长有重要影响。为更好地跟踪非结构性碳水化合物在海草响应环境胁迫中所起的作用,根据国内外最新文献,重点综述了光强、营养盐、盐度、海洋酸化、温度、硫化物和动物摄食等环境胁迫对海草非结构性碳水化合物储存和转移的影响。光限制和富营养化均降低非结构性碳水化合物的合成,并使之从地下根茎转移到叶;而海洋酸化却促进非结构性碳水化合物合成并向地下组织转移;盐度变化改变海草体内渗透压,需要非结构性碳水化合物的新陈代谢来维持;温度通过影响光合作用、呼吸作用、氮代谢来影响非结构性碳水化合物的合成与储存;而硫化物和动物摄食则分别通过抑制海草酶的活性和啃食海草光合组织,减少非结构性碳水化合物的合成和储存。同时指出了一些今后关于海草非结构性碳水化合物的重点研究方向:(1)海草不同生命阶段(种子休眠和萌发,发育,繁殖等)非结构性与结构性碳水化合物之间,以及可溶糖与淀粉之间的转化分配机制;(2)双环境因子或者多环境因子对海草非结构性碳水化合物的耦合作用;(3)非结构性碳水化合物作为海草床生态系统健康评价指标的研究与应用。     

干旱胁迫下梭梭水力性状调整与非结构性碳水化合物动态

梭梭(Haloxylon ammodendron)是古尔班通古特沙漠的主要建群种,在生物多样性保护和防止旱地退化等生态系统服务方面有重要作用。气候变化引起的频发干旱对梭梭生存有显著的影响,明晰干旱胁迫下梭梭的抗旱策略,对于荒漠生态系统的可持续发展至关重要。水力性状和碳收益作为抗旱机制中的重要部分,目前对干旱胁迫下梭梭生存的水力性状阈值尚不明确。该研究以成年梭梭为对象,分别设置对照组和干旱处理组,对梭梭上、中、下3个高度的同化枝水分状况、枝条木质部导度损失率、气体交换特征、非结构性碳水化合物含量和形态特征等进行了测定,利用单因素方差分析检验不同处理及枝条高度间的各项性状差异,结合线性回归了解梭梭气孔敏感性,通过主成分分析解析梭梭的抗旱策略。研究表明:(1)梭梭的黎明和正午同化枝水势、同化枝含水量和枝条含水量均因干旱胁迫而下降,但并未随高度增加而降低;P50和P88 (最大导水度损失50%和88%的木质部水势)未因干旱胁迫和枝条高度的增加显著变化,两个处理下3个枝条高度的P50平均值为–4.12 MPa,P88为–7.10 MPa,而水力安全边界在干旱胁迫下显著降低;(2)梭梭的气孔行为对...     

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。     

Provenance-specific ecophysiological responses to drought in Cunninghamia lanceolata

杉木对干旱的种源特异性生理生态响应杉木(Cunninghamia lanceolata)是中国南方最重要的人工林树种,但是它对干旱的高度敏感性限制 了其发展,因此了解杉木对干旱的种内变异可以帮助我们更好地进行经营管理。本文分别选择来源于低降水量(LP)、中降水量(MP)和高降水量(HP)生境的3年生杉木幼苗,在干旱胁迫下(20%的土壤体积含水量)生长40天,开展不同种源杉木对干旱胁迫的生理生态响应和适应策略的研究。研究结果表明,杉木具有应对干旱的种源特异性适应策略。LP种源对干旱胁迫具有最好的耐受性,表现为作为渗透保护物质的碳水化合物和含氮化合物的大量积累,这是由快速的碳、氮代谢驱动的。同时,最高的POD活性可以有效消除干旱胁迫下LP种源中过量的H₂O₂。MP种源储存了大量的非结构性碳水化合物,这些碳水化合物可能在干旱胁迫时起到一定的缓冲作用。特别是,当遇到缺水时,其可以及时有效地关闭气孔以减少蒸腾作用,有助于适应长期的干旱。因此,MP种源采取了保守的节水策略。然而,HP种源可通过调节根系生长(增加R/S)并降低水势帮助其吸收水分。这种种源间的不同策略可能与地理环境的长期驯化有关。因此,我们的研究结果强调了植物对干旱胁迫种源特异性响应的重要性,对今后加快抗旱种质的选择和培育高产人工林具有重要意义。     

杉木幼苗生物量分配格局对氮添加的响应

大气氮(N)沉降的急剧增加可能会对植物碳(C)固定和分配产生深远影响。然而, N添加如何影响碳水化合物在植物不同器官之间的分配动态并不十分清楚。该研究利用杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗盆栽试验, 设置N添加处理, 测定分析幼苗非结构性碳水化合物(NSC)与结构性碳水化合物(SC)含量和库的变化, 以探讨N添加后杉木幼苗不同器官中NSC与SC的分配模式及调控机制。结果发现: (1) N添加虽然显著增加叶片净光合速率(143.96%), 但却降低了叶片中的NSC含量和库; N添加导致一年生茎的淀粉含量显著下降, 而可溶性糖含量的变化不显著, 当年生茎的NSC组分含量和库没有显著变化; 幼苗根系的NSC及其组分含量和库也有降低的趋势。(2) N添加后地下与地上生物量的比值降低22.09%, 其中SC库比值降低31.07%, 而NSC库比值无显著变化。(3) N添加使地上部分的磷(P)库显著增加, 使地下与地上P库的比值降低了57.02%, 而N库的比值无显著变化。(4) N添加后土壤pH由(4.94 ± 0.09)显著降低到(4.02 ± 0.04), 铵态N和硝态N含量分别增加7.17倍和11.55倍, 土壤有效P含量也增加了42.86%, 而土壤中脲酶(62.75%)和酸性磷酸酶(56.52%)的活性显著降低。研究表明, 低养分条件下杉木幼苗主要通过构建根系结构增加养分吸收, 而非通过向根系分配更多的NSC, 而N添加驱动的养分缓解使更多的碳水化合物分配到地上器官, 导致地上部分SC积累。     

香草醛对杉木幼苗生长的影响

为了解杉木连栽土壤中有毒化感物质对杉木幼苗毒害作用 ,采用水培杉木幼苗方法 ,通过投加不同浓度香草醛 ,发现 1mg·kg- 1 香草醛显著抑制杉木种子胚根的伸长 (P<0 .0 5) ,只为对照的 70 % ;香草醛浓度达 1 0mg·kg- 1 时 ,叶绿素总量明显下降到对照的80 % ;超过 2 0mg·kg- 1 对杉木幼苗地径与高度生长产生明显抑制作用 ;50mg·kg- 1 以上将明显影响地上部分枝叶的正常生长发育 ,及至植株冠层的生长 ;超过 1 0 0mg·kg- 1 ,整个植株的生长受到显著抑制 .香草醛是连栽土壤中毒性较大的一种有毒化感物质 ,是杉木存活率低的重要原因之一 .     

干旱高温胁迫下转基因水稻的生理变化

用PEG-6000、38℃及PEG-6000+38℃胁迫处理携带谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的转基因水稻和非转基因水稻(Oryza sativa L.cv中花11), 并比较分析了二者在胁迫下的生理指标和抗氧化酶活性变化.结果显示,在单一PEG及PEG和高温复合胁迫下,植株生长、光合参数和相对含水量的降低幅度及H2O2和MDA(malon dialdehyde)的积累量在非转基因水稻与转基因水稻之间都有显著差异.在这2种胁迫下,转基因水稻的可溶性糖含量及CAT和POD (Peroxidase) 活性与非转基因水稻也有显著差异.这些结果表明,谷胱甘肽转移酶(GST)和过氧化氢酶(CAT1)的表达减轻了转基因水稻在单一干旱及干旱+高温复合胁迫下的伤害.     

激光对干旱胁迫下油松种子萌发的生物学效应

用He-Ne激光以不同的时间辐照油松种子,在聚乙二醇(PEG6000)模拟干旱胁迫条件下对其进行萌发实验。结果表明:激光辐照油松种子在干旱胁迫条件下的发芽率、活力指数、生物量等分别提高32.23%、81.19%和46.58%;萌发期油松种子幼苗保护酶系统的超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著提高,与对照组相比分别提高28.70%、46.52%。膜脂的过氧化物丙二醛含量明显下降,防止或降低了膜脂过氧化作用对膜的伤害。激光辐照油松种子其保护酶活性的提高,可能是激光促进干旱胁迫条件下种子发芽率、活力指数、生物量等生物学效应增强的原因。     

杉木人工林取代天然次生阔叶林对土壤生物活性的影响

对我国亚热带南、中、北3个区带杉木人工林与天然次生阔叶林表层土壤化学性状、土壤生物活性特征进行研究.结果表明,杉木人工林取代天然次生林阔叶林后表层土壤总有机碳含量下降31.51%～58.24%,土壤全氮、全磷、pH值以及土壤C/N、C/P比亦呈下降趋势;杉木人工林取代天然次生阔叶林后表层土壤细菌、真菌数量减少;土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性下降,而土壤多酚氧化酶活性增加8%～40%;杉木人工林与天然次生林阔叶林相比,土壤呼吸强度下降51.15%～54.48%.相关分析发现,土壤总有机碳与土壤多酚氧化酶活性呈负相关(R=-0.723,n=18),与土壤全氮、全磷及其它土壤酶活性呈正相关.杉木人工林取代天然次生林阔叶林使林内表层土壤质量恶化.杉木人工林土壤有机质丢失是导致杉木人工林土壤养分减少、土壤生物活性下降的重要原因.     

干旱胁迫下杨树无性系苗期光合与气孔形态变异研究

为了解不同干旱胁迫处理下,杨树叶片光合特性和气孔形态的变化规律,本研究以4个杨树无性系为材料,对其干旱胁迫下光合指标与气孔形态指标进行测定分析,方差分析结果表明：除气孔器长在处理间差异不显著外,其他性状在无性系间、处理间和无性系与处理交互作用间均达极显著差异水平。随着土壤相对含水量的逐渐降低,无性系净光合速率、蒸腾速率和气孔导度都呈现出不同程度的下降;而胞间二氧化碳浓度呈现为先降后升趋势,表明当土壤相对含水量大于40%时,光合作用的主要限制因子是气孔因素,当土壤相对含水量低于40%时,光合作用的主要限制因子转换为非气孔因素。气孔形态研究结果表明,各指标均随土壤相对含水量的持续降低呈现出持续下降趋势。利用隶属函数法对不同干旱胁迫下4个杨树无性系的抗旱性进行综合评价,结果表明：白城小青黑杨的抗旱性优于其他三个无性系。