克隆植物结缕草的水分生理整合格局特征及其生态效应分析

以克隆植物结缕草为研究对象,采用18 O作为示踪元素,从克隆植株不同生长发育阶段的复合节根系引入H218 O,在"异质高水"、"均质低水"两种环境条件下,探测和分析结缕草克隆植株复合节根、匍匐茎、A和B分株叶各构件组分系列内的水分生理整合格局特征及其生态效应。结果表明:(1)在两种水分环境条件下,H218 O在克隆植株主匍匐茎内各构件组分系列中均表现出双向传输的趋势,但更倾向于向顶传输。(2)H218 O向顶传输时,在"异质高水"生境内,基部复合节根系吸收的H218 O呈先增加后降低的趋势,而中部复合节根系吸收的H218 O呈先降低后增加的趋势;在"均质低水"生境内,中部复合节根系吸收的H218 O呈持续增加趋势。(3)在两种生境的3种引入情况下,H218 O均向顶传输到尖端生长点。其中在"异质高水"和"均质低水"生境内H218 O在克隆植株中向基传输过程中,传输强度整体上呈下降趋势;H218 O在主匍匐茎中传输时18 O分配于分株叶片中的量较多;H218 O在二级匍匐茎中的传输都呈现出明显的向顶趋势,传输距离都到达了二级匍匐茎的顶端生长点。(4)在绝大多数情况下,A分株叶系列的18 O丰度均明显高于B分株叶系列,这与A、B分株系列的生长发育特征相一致;但在"异质高水"生境内,中部分株吸收的H218 O在二级匍匐茎中传输时,分配于B分株叶系列的18 O明显高于A分株叶系列,即A分株系列相对于B分株系列的比较优势并不是一成不变的,在某些情况下还可以发生逆转。     

植物水分生理教学中的两个问题

根压与根系吸水根压是植物根系的生理活动使液流从根部上升的压力。一些教科书中将根压视为根系吸水的动力之一,认为根压把根部的水分压到地上部,土壤中的水分便不断补充到根部,这就形成了根系吸水过程。这是不正确的。根系利用代谢能,主动地将土壤中的溶质吸收到内皮层内部,又主动(或被动)地将吸收的溶质转移到导管中,使导管溶液的浓度高于外部溶液的浓度,通     

克隆植物中的劳动分工及其生态学效应

劳动分工是经济进步的发动机,克隆植物也具有与经济学相类似的劳动分工现象。环境异质性、分株专化与合作以及分株潜在的生长独立性是克隆植物劳动分工发生的基本条件。根据发生条件可以把克隆植物劳动分工分为环境诱导型和遗传型两种。克隆植物能够通过利用形态或生理可塑性和生理整合、劳动分工机制实现对生境中异质性资源的有效利用。克隆植物劳动分工的生态学效应在于：提高对局部资源的摄食效率、克服局域资源限制、实现生物量的增益与适合度的提升,上述效应的机理可以用经济学边际成本分析和规模报酬规律来解释。同时,劳动分工还能提高种间竞争力、增强觅食有效性、减弱种内自疏,但同时,克隆植物在不稳定环境下的劳动分工效应也会增加生存风险。随着现代生物学研究手段的不断应用,有关克隆植物劳动分工的研究将会得到更加深入的发展。     

植物克隆整合生态效应及潜在应用

克隆植物因特殊的克隆整合和空间拓展特性,在异质生境下展示出较高的生态适应性及适合度,这是其广泛存在于各类生态系统的一个重要原因。目前对克隆整合在个体或种群水平的生态学效应已有较深认识,而对群落及生态系统的影响及作用机制则明显关注不足。前期研究表明,克隆整合对土壤理化性质、根际微生物及个体竞争力均有显著影响,从而有利于克隆植物的成功入侵、生境修复及植被重建等。对群落及生态系统水平的克隆整合生态学效应的研究进行归纳和总结,分析了克隆整合对植物群落结构和生产力、根际微生物和土壤动物、生态系统碳固持、养分循环等的影响;阐释了克隆整合及空间拓展特性对退化生态系统的修复及作用机制,并指出今后克隆整合的研究应同时考虑微观(根际过程)和宏观(群落及生态系统)层次的效应以及短期与长期的效应。可将克隆整合与植物-土壤反馈等其他生态过程相联系,综合探究克隆整合的生态学意义。     

不同水分状况稻田的生态生理效应

不同水分状况形成不同生态环境的稻田,直接、间接影响水稻的生长发育。水稻在淹水灌溉条件下生育良好,因淹水土壤生长的水稻,叶子表皮内出现‘硅质气孔’,淹水灌溉使根丛内的空隙度增加,减少根间水流动的阻力,从而增进根吸收矿质元素,促进茎秆生长。但淹水灌溉对稻根系生理功能也有不利影响,     

极端干旱生境下胡杨克隆水分整合特征及其生态意义

克隆水分整合是克隆植物有效利用异质性生境资源的重要对策,也是在恶劣生境下得以定植、存活的重要生存策略。本研究以塔里木河下游的胡杨（Populus euphratica Oliv.）为对象,结合野外调查、稳定同位素技术、生理生态监测实验,调查胡杨的克隆水分整合特征并分析其生态意义。结果显示,胡杨母株与其克隆幼株间存在显著水分生理整合,水分整合以顶向传输为主,水分整合过程与整合水量受到母株生理节律及母株到幼株间隔子长度的影响;克隆幼株因水分整合而能够获取与母株相似的深层土壤水分,比同一区域实生幼株拥有更好的水分获取能力,并使胡杨克隆幼株比实生幼株保持相对更高的水力导度、叶片水分含量及叶水势;在极端干旱生境下的这种水分获取及利用策略使胡杨克隆幼株比实生幼株具有更高的光化学效率与光合性能,有助于克隆幼株在不利生境下定植、存活并保持更高的生存优势。     

荒漠植物蒙古扁桃水分生理特征

蒙古扁桃(Prunus mongolica)是荒漠区和荒漠草原的水土保持植物和景观植物,是蒙古高原古老残遗植物,对其深入研究对于了解蒙古高原植被演替以及对当地生态环境的稳定和恢复有着重要意义。该实验采用PV技术和自然脱水法探讨了蒙古扁桃的水分生理特性。结果表明:在自然状态下,蒙古扁桃幼苗叶片的相对含水量为69%,饱和含水量为117%,临界饱和亏为48%,水势为-0.85 MPa。经 5% PEG-Hoagland (-0.46 MPa)干旱胁迫处理3 d后,其相对含水量、临界含水量和水势分别下降到48%、39%和 -1.97 MPa,而饱和含水量和束缚水与自由水比值分别增加到187%和11.94。对失水率分析的结果表明:在正常水分状态下,蒙古扁桃幼苗经102 h自然脱水后失水达到平衡,而经过干旱胁迫处理3 d后,其失水率曲线斜率变小,失水过程明显减缓,失水最终达到平衡的时间延长到152 h,其保水能力显著提高。将旱生植物蒙古扁桃的失水率曲线与中旱生植物长柄扁桃(P. pedunculata)的失水率曲线相比较发现,蒙古扁桃的耐脱水能力明显强于中旱生植物长柄扁桃。PV曲线(Pressure-volume curve)分析结果表明: 蒙古扁桃饱和含水量渗透势(Ψπ¹⁰⁰)和零膨压渗透势 (Ψπ⁰)很低,分别为-2.49 MPa和-3.11 MPa,而Ψπ¹⁰⁰和Ψπ⁰差值较大(0.62 MPa),表明其维持膨压的能力很强。其细胞壁弹性模量值低(4.18 MPa)进一步表明,蒙古扁桃具有很强的膨压调节能力。蒙古扁桃幼苗失去膨压时的渗透含水量(ROWC^tlp)为80%,这是其细胞壁特性所决定的渗透调节能力的基础。蒙古扁桃质外体含水量(AWC, %)较高(79%),因而具有较高的束缚水与自由水比值(7.76),这是其耐脱水性的生理基础。总之,蒙古扁桃叶水势、渗透势低有利于其根部对深层土壤水分的吸收,而较高的束缚水与自由水比值及较低的细胞壁弹性模量是其耐脱水的生理基础。     

间隔子长度对美丽箬竹克隆分株水分生理整合效应的影响

克隆植物分株间隔子长度(即相邻分株间距离)可能对生理整合产生显著的影响,其抗氧化系统与光合色素的变化可能影响植物对水分异质性的响应能力。该研究以克隆植物美丽箬竹(Indocalamus decorus)为材料,设高[H,(90±5)%]、中[M,(60±5)%]和低[L,(30±5)%]3个基质相对含水率和2个水势梯度(H-L和M-L),测定了3种间隔子长度(10、25和40cm)根状茎相连克隆分株叶片抗氧化酶活性、相对电导率以及丙二醛(MDA)、可溶性蛋白质和光合色素含量,分析美丽箬竹水分生理整合的水分梯度效应、间隔子长度效应与时间效应。结果显示:(1)随处理时间的延长,分株叶片CAT活性、相对电导率及MDA含量均先升高后降低,而叶片SOD活性则与之相反;叶片POD活性和光合色素含量总体上呈"N"型变化,而可溶性蛋白质含量的变化趋势与POD活性呈倒"N"型。(2)水分梯度和间隔子长度均会对美丽箬竹分株间水分生理整合产生影响,随分株间隔子长度增大和水势梯度差减小,低水势受体分株叶片抗氧化酶活性、可溶性蛋白质含量和光合色素含量明显降低,而其相对电导率和丙二醛(MDA)含量明显升高;供体分株水势越高,分株间间隔子越长,供体分株叶片抗氧化酶活性、可溶性蛋白质和光合色素含量越高,而其相对电导率和MDA含量明显降低。研究表明,在异质水分环境下美丽箬竹克隆系统发生了从高水势向低水势分株的水分转移,分株间水势梯度差越大、间隔子长度越短,水分传输的整合强度越高,低水势受体分株获益越明显;随着处理时间的延长,分株间水分生理整合强度在处理前期增强,而在处理后期减弱,反映出供体分株与受体分株间损耗-受益在时间序列上是有变化的,且处理前期损耗-受益表现更为明显。     

园艺植物水分胁迫生理及耐旱机制研究进展

概述了园艺植物在水分胁迫下的生理生化,分子反应及耐旱机制研究进展,并指出尚需进一步研究的问题。     

疏叶骆驼刺母株与子株间的水分整合

在未灌溉的土地上, 疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia)通常不能进行有性繁殖, 克隆繁殖是其种群维持和延续的唯一方式。因此, 克隆性及其相关克隆性状(如水分整合)在疏叶骆驼刺自然种群的维持过程中可能扮演了极其重要的角色。该文通过疏叶骆驼刺母株和子株之间的间隔子切断和给母株补充水分的方法, 研究了母株和子株在各处理下的水势、叶形态和植株生长变化情况。结果表明: (1)间隔子切断后, 疏叶骆驼刺母株和子株正午水势均明显增大(p < 0.01), 说明间隔子切断使得母株和子株水分亏缺值都增大。(2)给母株补水后, 间隔子切断组和间隔子相连组中的母株水势均有明显增加, 同时间隔子相连组的子株水势明显增加(p < 0.01), 而间隔子切断组子株水势没有明显变化(p > 0.05)。(3)间隔子切断组的子株叶片含水率明显低于间隔子相连组子株, 而其株高、冠幅、分枝数和基径的增长量都明显小于间隔子相连组的子株(p < 0.01)。疏叶骆驼刺母株和子株间存在水分整合, 母株会通过根系向子株传输水分。研究成果对塔克拉玛干沙漠南缘的植被恢复以及水资源的合理利用有着重要的意义。     

关于无性系植物种群整合作用（Integration）研究的现状及其应用前景

关于无性系植物种群整合作用（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）研究的现状及其应用前景王昱生（东北农业大学动物科学系草地教研室,哈尔滨１５００３０）ＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎＣｌｏｎａｌＰｌａｎｔＰｏｐｕｌａｔｉｏｎｓ：ＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅ...     

Clonal integration facilitates spread of Paspalum paspaloides from terrestrial to cadmium‐contaminated aquatic habitats

• Cadmium (Cd) is a hazardous environmental pollutant with high toxicity to plants, which has been detected in many wetlands. Clonal integration (resource translocation) between connected ramets of clonal plants can increase their tolerance to stress. We hypothesised that clonal integration facilitates spread of amphibious clonal plants from terrestrial to Cd‐contaminated aquatic habitats.
• The spread of an amphibious grass Paspalum paspaloides was simulated by growing basal older ramets in uncontaminated soil connected (allowing integration) or not connected (preventing integration) to apical younger ramets of the same fragments in Cd‐contaminated water.
• Cd contamination of apical ramets of P. paspaloides markedly decreased growth and photosynthetic capacity of the apical ramets without connection to the basal ramets, but did not decrease these properties with connection. Cd contamination did not affect growth of the basal ramets without connection to the apical ramets, but Cd contamination of 4 and 12 mg·l^?1 significantly increased growth with connection. Consequently, clonal integration increased growth of the apical ramets, basal ramets and whole clones when the apical ramets were grown in Cd‐contaminated water of 4 and 12 mg·l^?1. Cd was detected in the basal ramets with connection to the apical ramets, suggesting Cd could be translocated due to clonal integration. Clonal integration, most likely through translocation of photosynthates, can support P. paspaloides to spread from terrestrial to Cd‐contaminated aquatic habitats.
• Amphibious clonal plants with a high ability for clonal integration are particularly useful for re‐vegetation of degraded aquatic habitats caused by Cd contamination.

     

异质性水分环境中克隆整合对活血丹生物量分配及叶片结构特征的影响

喀斯特石漠化环境有着高度的生境异质性,异质性生境中土被不连续,土壤瘠薄,岩溶漏斗上的土壤保水性差,严重制约着喀斯特植被的生长及分布。为探究克隆植物在喀斯特地区的适应策略,本研究以喀斯特黄色石灰土为基质,选用克隆植物活血丹（Glechoma longituba）,以一个节间连接的两个分株为材料,保持节间连接或切断,种植于相邻花盆中,并施以不同浇水量,以明确不同水分可用性水平下克隆整合对活血丹生物量积累、生物量分配、叶片气孔及叶片组织特征的影响。结果显示,克隆整合显著促进活血丹生物量的积累及对根、叶的生物量分配;增加了活血丹叶气孔导度,降低了气孔指数;叶海绵组织受克隆整合影响较小,但栅栏组织及栅海比（栅栏组织/海绵组织）表现为非整合分株高于整合分株。本研究表明,克隆整合可增加活血丹胁迫分株对根、叶的投资,并以更佳的叶气孔、组织适应策略提高其在喀斯特生境中的生存与适应。     

Competition between Shoots in Stands of Clonal Plants

Abstract Data on shoot turnover, shoot size distributions and individual shoot growth in stands of clonal plants are reviewed and compared with shoot density regulation in non-clonal plants. Shoots are the smallest units capable of independent existence in clonal as well as unitary plants and this comparison allows an investigation of the impact of integration and other factors on clonal shoot dynamics. Physiological integration, the capacity of clonal plants to exchange resources and growth substances between interconnected shoots, has long been held responsible for the ability of clonal plants to prevent shoot overproduction and for the general lack of density-dependent mortality and self-thinning. A review of published data leads to the conclusion that the effects of integration on shoot dynamics in clonal plants have been overestimated. Other characteristics such as the density-dependent control of meristem activity, the synchronization of shoot growth in spring and the maximum shoot size, seem more important for the deviating behaviour of shoot populations of clonal plants.     

转基因植物中T-DNA整合的分子特征及表达

植物中不同转基因方法转化外源基因的T-DNA整合特征既具有共性,又具有特性,使得转基因的遗传在各独立转化体间呈现多样性,另外多种遗传因子和限制因素使受体植物中外源基因的表达存在下降,甚至出现基因沉默等复杂现象。本文主要对农杆菌介导及裸露DNA直接转化转基因植物中T-DNA的分子特征和转基因表达的影响因子进行了介绍和概述。转化体中转基因的遗传稳定性和表达主要取决于转基因在植物基因组中的整合位置、拷贝数及组成结构。因而,通过对具有表达水平各异的转化体进行深入的遗传分析和分子生物学研究以及转化体之间进行的比较研究,将对转基因技术自身的完善、定点整合以及更有效的利用转基因技术都具有十分重要的意义。