基于光合产物动态分配的玉米生物量模拟

光合产物分配是作物生长发育及生物量形成的关键环节,也是作物生长模拟的重要内容.本研究依据光合产物分配机理,结合玉米不同生长阶段的光合产物分配特点,构建了玉米光合产物分配模型.与WOFOST模型的CO₂同化模块相结合,实现了对玉米各器官生物量动态的逐日模拟.利用锦州农田生态系统野外观测站5年的春玉米大田试验资料对模拟效果进行了验证.结果表明: 模型能解释总生物量变化的95.4%;对营养器官生物量变化的解释率达87.0%;对叶、根、茎生物量变化的解释率分别达85.3%,67.9%和76.5%;对穗生物量变化的解释率达87.5%.模型可实现玉米各器官的生物量动态的准确模拟.     

植物光合产物分配及其影响因子研究进展

植物光合产物分配受环境因子和生物因子的共同影响。为增进对植物对全球变化响应的理解, 从植物个体水平与群落/生态系统水平综述了植物光合产物分配的影响因子与影响机理的最新研究进展。植物个体在光照增强及受水分和养分胁迫时, 会将光合产物更多地分配到根系; CO₂浓度升高对植物光合产物分配的影响受土壤氮素的制约, 植物受氮素胁迫时, CO₂浓度升高会促进光合产物更多地分配到根系; 反之, 对植物光合产物分配没有影响。植物群落/生态系统的光合产物分配对环境因子的响应不敏感; 光合产物向根系的分配比例随其生长阶段逐渐降低。功能平衡假说、源汇关系假说和相关生长关系假说分别从环境因子、个体发育和环境因子与个体发育协同作用方面阐述了植物光合产物分配的影响机理。在此基础上,指出了未来拟重点加强的研究方向: 1)生态系统尺度的光合产物向呼吸部分的分配研究; 2)地下净初级生产力(belowground net primary productivity, BNPP)研究; 3)温室和野外条件下及幼苗和成熟林光合产物分配对环境因子响应的比较研究; 4)生态系统尺度的多因子控制试验; 5)整合环境因子和个体发育对植物光合产物分配格局的影响研究。     

脱落酸在光合产物分配中的作用

作物产量最终依赖于光合产物和矿质离子在相互竞争的库器官之间的分配方式,因此,弄清光合产物分配的控制机制显然具有十分重要的意义。植物激素在光合产物分配中起着重要的作用。业已证明,生长素、赤霉素和细胞分裂素能够通过刺激生长过程或直接影响韧皮部装入和卸出或由源向库的运输而增加源和库的强度.近年来,通过对库中脱落酸浓度和生长速率之间的相关性,脱落酸对韧皮部装入和卸出以及库对糖的吸收的响影等方面的研究,证明脱落酸也参与光合产物分配的调控。本     

檵木生物量分配特征

生物量是生态系统最基本的数量特征,其在各器官间的分配反映了植物适应环境的生长策略,是物种进化、生物多样性保护和生态系统碳循环研究的核心问题。檵木(Loropetalum chinense)灌丛是中国亚热带灌丛生态系统最具优势的一种灌丛类型。该研究以该灌丛建群种檵木为研究对象,采用整株收获法在个体水平上研究了器官间的异速生长、生物量在各器官间的分配以及与个体大小、灌丛更新起源和生境因子之间的关系。研究发现:檵木地上-地下相对生长关系符合等速生长规律,但随径级增大其等速生长关系可能发生变化;较小径级檵木叶-茎、叶-根为等速生长,随径级增大转换为异速生长。不同灌丛起源间,檵木叶-茎、叶-根相对生长存在显著差异。器官间相对生长的尺度系数与生境因子无显著相关关系,灌木层盖度和坡度通过影响檵木生长初期器官间的相对生长影响其生物量在器官间的分配。檵木平均叶质比为0.11,茎质比为0.55,根质比为0.34,根冠比为0.65。随径级的增大,茎质比(0.50–0.64)逐渐增大,叶质比(0.12–0.08)、根质比(0.38–0.28)和根冠比(0.91–0.43)逐渐减小。在次生灌丛中,檵木叶质比为0.12,根质比为0.33;在原生灌丛中,檵木叶质比为0.07,根质比为0.36。生物量向地上部分的分配与灌木层盖度正相关,叶质比与坡度负相关,根质比与年平均气温正相关。研究结果表明:随个体增大,檵木器官间的相对生长关系由等速生长转换为异速生长,生物量向地上部分的分配增加,地上生物量更多地分配到茎干中;干扰通过影响器官间的相对生长影响生物量在各器官间的分配,干扰导致生物量向叶的分配增加,向根的分配减少;光照减少促进生物量向地上部分的分配,坡度增加导致生物量向叶的分配减少,年平均气温升高促进生物量向根系的分配,年降水量的变化对生物量分配无显著影响。檵木生物量分配策略在一定程度上支持了最优分配假说。     

不同刈牧强度对冷蒿生长与资源分配的影响

利用野外实验与盆栽实验,对不同刈牧强度下冷蒿生长与资源分配影响的研究结果表明,按比例刈割冷篙的再生生长大于留茬高度刈割,在生长季前期,不刈割冷蒿净生长高于刈割处理,而进入生长季中后期(8月中旬以后),轻度刈割净生长高于不刈割处理,冷篙种群生物量分配的总体格局是根>叶>茎,刈牧明显影响冷蒿生物量分配格局,尤其是叶和花的分配,3／4刈割或留茬4cm刈割叶生物量分配显著高于其它各处理,而花的生物量及其分配显著低于其它处理,根、茎生物量分配各处理间差异不显著．冷蒿有性生殖分配随刈牧强度的增加而降低,繁殖方式发生了改变,优先将光合产物分配给再生茎以及繁殖方式转向营养繁殖,通过克隆生长维持和扩大种群是冷蒿对强度放牧的生态适应对策。     

茉莉酸甲酯对花生幼苗中碳水化合物转移的影响（简报）

用100ppm茉莉酸甲酯处理花生幼苗后,分配到根和茎的光合产物比对照多,而分配到叶片的少些;花生幼苗根、茎和叶的还原糖、可溶性糖和淀粉含量都减少,但纤维素和木质素含量却提高,茎部尤为明显。     

种群密度对大果虫实形态特征与异速生长的影响

为揭示种群密度与植物形态特征、器官生物量间的异速生长关系,阐明植物在退化土地恢复过程中的适应策略,以大果虫实为材料,通过异速生长分析方法,研究种群密度对其形态特征、生物量分配与异速生长的影响。结果表明,种群密度对大果虫实的株型构建产生了显著地影响。随着密度增大,大果虫实株高呈减小趋势,其分枝数及分枝长度明显减小。大果虫实各器官生物量随密度增大而显著减小。随密度增大,茎和繁殖器官生物量分配呈减小趋势,根和叶片生物量分配呈增大趋势。这与最优化分配理论中水分、营养物质及光资源受限时的情况一致。密度对大果虫实株高:根生物量间异速生长具有显著影响,且对株高与器官生物量间异速指数和个体大小产生了极显著影响。密度对根:地上部分、叶片:根、繁殖器官:根生物量间的影响属于表观可塑性,而对根:茎、茎:地上部分、叶:其他器官及繁殖器官:其他器官生物量间的影响属于真正可塑性,说明密度改变了大果虫实的株型发育系统,并影响各器官间的异速生长,进而权衡器官生物量分配以完成生活史。     

基于功能平衡假说的玉米光合产物分配动态模拟

基于中国气象局沈阳大气环境研究所锦州农田生态系统定位观测站2004-2008年玉米各器官（根、茎和叶）生物量及相应环境因子的连续动态观测资料,检验了Friedlingstein模型在站点与日尺度上的适用性,并发展了基于施肥、土壤温度和土壤有效水分系数的玉米农田土壤有效养分系数模型,建立了基于功能平衡假说的日尺度的玉米光合产物的分配模型结果表明：与Friedlingstein模型相比,本文所建的玉米光合产物分配模型能更好地模拟玉米光合产物分配动态,为准确模拟日尺度的玉米农田生态系统生产力提供了技术支持.     

生长期-定时一年生植物群体光合产物的最优分配策略的理论分析

本工作建立了一个一年生植物群体的生长模型,利用以梯度法为基础的离散系统最优控制的计算方法,计算并分析了一年生植物群体光合产物的营养器官间分配的最优策略,以及这一策略对植物群体最大生长速率和消光系数的依赖关系。用Pontryagin最小值原理和奇异最优控制的条件证明了光合产物的最优分配方法是:在营养和生殖生长并行阶段,群体叶片的死亡量恰好等于新形成量,植物干重随时间线性增加。     

温州蜜柑果实发育进程中光合产物运输分配及糖积累特性

测定了温州蜜柑果实发育进程中糖的积累动态,并用14C示踪方法研究了果实发育不同阶段源叶的光合产物在果实中的运输分配特性。结果表明：（1）果实组织中的糖含量随果实发育持续上升,果皮以积累己糖为主而其它组织则以积累蔗糖为主或略多。（2）在果实完熟之前,汁囊分配到的光合产物均占果实的50％以上,以果实中的光合产物分配中心;而到完熟阶段分配到汁囊的14C光合产物与其它组织接近,不再明显的分配中心。（3）汁囊中的14C放射性比活度随着果实发育呈下降趋势,尤其在后期下降极为明显。（4）维管束／囊瓣表皮和囊瓣表面／汁囊的14C放射性比活度的比率都随果实发育进程而增大,但后者的比率要大大高于前者,表明韧皮部后运输是光合产物进入汁囊的限速;《阶段。（5）输入到汁囊的14C光合产物主要以蔗糖形式存在,说明光合产物是以蔗糖为主体输入汁囊参与糖积累和代谢的。     

遮荫对水曲柳幼苗细根衰老的影响

细根周转对森林生态系统碳地下分配和养分循环具有重要影响,而衰老是细根周转过程中最重要的阶段。根据“源-汇”理论,细根衰老受碳向细根分配的影响。为此,该研究通过控制水曲柳(Fraxinus mandshurica)苗木向根系的碳分配的遮荫处理试验,采用树木生理分析技术,重点研究了在光合产物供应停止情况下水曲柳幼苗根系的生理变化(即根尖、1级根到3级根的细胞活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和膜透性的变化)。目的是从生理水平上证实:1)碳分配对细根衰老产生怎样的影响;2)细根衰老的顺序是否与分支顺序相反。实验结果表明,遮荫处理使细根活力、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量显著降低和膜透性增大,导致细根出现明显衰老。从根系顶端向基部随着根序增加,细胞活力、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量提高,膜透性降低,从生理水平上表明细根衰老具有逐渐变化的顺序性,并且这种顺序性与根发育的顺序性相反。     

温州蜜柑果实发育进程中光合产物运输分配及糖积累特性

测定了温州蜜柑果实发育进程中糖的积累动态,并用14C示踪方法研究了果实发育不同阶段源叶的光合产物在果实中的运输分配特性.结果表明(1)果实组织中的糖含量随果实发育持续上升,果皮以积累己糖为主而其它组织则以积累蔗糖为主或略多.(2)在果实完熟之前,汁囊分配到的光合产物均占果实的50%以上,为果实中的光合产物分配中心;而到完熟阶段分配到汁囊的14C光合产物与其它组织接近,不再有明显的分配中心.(3)汁囊中的14C放射性比活度随着果实发育呈下降趋势,尤其在后期下降极为明显.(4)维管束/囊瓣表皮和囊瓣表皮/汁囊的14C放射性比活度的比率都随果实发育进程而增大,但后者的比率要大大高于前者,表明韧皮部后运输是光合产物进入汁囊的限速阶段.(5)输入到汁囊的14C光合产物主要以蔗糖形式存在,说明光合产物是以蔗糖为主体输入汁囊参与糖积累和代谢的.     

干旱胁迫下冬小麦光合产物分配格局及其与产量的关系

研究于2005-2006年在中国科学院封丘农田生态试验站防雨棚下进行,在充足供水(W1)、轻度干旱(W2)和严重干旱(W3)条件下,研究冬小麦周麦18(Zhoumai18)和济麦20(Jimai20)干物质积累和分配、可溶性碳水化合物(WSC)含量及其与产量形成的关系。结果显示,随着干旱胁迫程度加重,两个品种冬小麦干物质积累下降,光合产物分配格局改变。干旱胁迫导致花前叶片分配指数下降、茎和叶鞘分配指数上升,花后穗分配指数上升。干旱胁迫下冬小麦拔节期茎WSC减少,但孕穗期、开花期各器官WSC均增加。相关分析表明,冬小麦千粒重与孕穗期、开花期茎和根WSC,与开花期叶片干重显著正相关(P0.05);穗粒数与拔节期茎WSC极显著正相关(P0.01),与开花期茎和叶片干重显著正相关(P0.05)。研究认为拔节期是冬小麦需水关键期,干旱胁迫能促进光合产物向当时生长中心分配,不同生育期茎WSC是冬小麦抗旱育种的重要生理生态指标之一。     

林窗对岷江冷杉更新幼苗根系生物量积累与分配的影响

林窗对更新幼苗生物量积累和分配的影响在种群恢复中具有重要作用,尤其是暗针叶林更为突出。以川西亚高山岷江冷杉原始林林窗、林下的岷江冷杉更新幼苗为对象,研究其粗根和细根生物量的积累与分配过程及其异速生长关系。结果表明：随着岷江冷杉幼苗的生长,粗根、细根生物量均不断积累,但根系生物量中分配到粗根的比例逐渐增加、分配到细根的比例逐渐减少,粗根-细根间生物量的异速生长指数由等速生长转变为异速生长。林窗幼苗的细根生物量、粗根生物量和总根生物量中位数均小于林下幼苗,细根生物量分配比例大于林下幼苗;林窗还显著影响细根、粗根生物量随基径增粗的积累与分配过程,细根生物量分配比例随基径增粗的降幅大于林下幼苗;但林窗对粗根-细根生物量间的异速生长指数影响不显著。说明林窗干扰改变了岷江冷杉更新幼苗地下资源的分配方式,优化了资源配置。     

光合产物传输方向对蓉城竹根际微生物过程的影响

分株间光合产物的整合作用对克隆植物适应生存环境具有重要作用, 但有关光合产物传输方向对克隆植物根际土壤微生物过程的影响尚不清楚。该研究以根状茎克隆植物蓉城竹(Phyllostachys bissetii)为研究对象, 通过剪除分株地上部分控制光合产物传输方向(顶向传输和基向传输), 研究光合产物传输方向对蓉城竹分株根际土壤微生物过程的影响, 其中顶向传输组是将远端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 近端分株自然生长; 基向传输组则是将近端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 远端分株自然生长。两组实验中保持根状茎连接或切断处理。测定了地上部分被剪除分株根际土壤中碳和氮有效性、微生物生物量参数以及氮转化相关土壤胞外酶活性等指标。结果表明: 光合产物顶向传输中, 根状茎保持连接的远端分株根际土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、硝态氮(NO₃ ^--N)含量显著高于切断的远端分株, N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、多酚氧化酶(POXase)和脲酶(Urease)活性显著升高, 光合产物的顶向传输对远端分株根际碳、氮有效性和根际微生物过程产生了显著性影响; 光合产物的基向传输中, 根状茎保持连接的近端分株根际与切断分株相比具有更高的微生物生物量氮(MBN)含量、Urease、POXase活性, 较低的NAGase活性和NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量, 但碳的有效性无显著性差异。蓉城竹分株间光合产物的非对称性传输对根际微生物过程的影响可能是对动物取食或人为砍伐等干扰的有益权衡, 这有助于理解克隆植物对生存环境的种群适应机制。     

渍水对冬小麦生长的危害及其生理效应

小麦受渍后叶片的光合和蒸腾速率迅速下降,而后则显微弱的回升趋势。渍害不仅削弱小麦光合产物的积累,并且改变光合产物在地上部分和根系中的分配比例;植株根／冠比下降,而黄叶的发展与根／冠比的变化呈显著负相关;渍害改变小麦的发育进程,尤其是后期渍害明显促使小麦早衰。认为清水使叶片光合速率降低、光合有效面积损失和衰老加速,从而危害小麦的生长。     

Effects of transportation direction of photosynthate on soil microbial processes in the rhizosphere of Phyllostachys bissetii

分株间光合产物的整合作用对克隆植物适应生存环境具有重要作用, 但有关光合产物传输方向对克隆植物根际土壤微生物过程的影响尚不清楚。该研究以根状茎克隆植物蓉城竹(Phyllostachys bissetii)为研究对象, 通过剪除分株地上部分控制光合产物传输方向(顶向传输和基向传输), 研究光合产物传输方向对蓉城竹分株根际土壤微生物过程的影响, 其中顶向传输组是将远端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 近端分株自然生长; 基向传输组则是将近端分株地上部分剪除(保留地面以上20 cm), 远端分株自然生长。两组实验中保持根状茎连接或切断处理。测定了地上部分被剪除分株根际土壤中碳和氮有效性、微生物生物量参数以及氮转化相关土壤胞外酶活性等指标。结果表明: 光合产物顶向传输中, 根状茎保持连接的远端分株根际土壤总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)、铵态氮(NH₄ ⁺-N)、硝态氮(NO₃ ^--N)含量显著高于切断的远端分株, N-乙酰基-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAGase)、多酚氧化酶(POXase)和脲酶(Urease)活性显著升高, 光合产物的顶向传输对远端分株根际碳、氮有效性和根际微生物过程产生了显著性影响; 光合产物的基向传输中, 根状茎保持连接的近端分株根际与切断分株相比具有更高的微生物生物量氮(MBN)含量、Urease、POXase活性, 较低的NAGase活性和NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N含量, 但碳的有效性无显著性差异。蓉城竹分株间光合产物的非对称性传输对根际微生物过程的影响可能是对动物取食或人为砍伐等干扰的有益权衡, 这有助于理解克隆植物对生存环境的种群适应机制。     

地黄源库关系的变化及其与连作障碍的关系

通过正茬剪叶模拟连作地黄光合源不足条件下,测定分析植株源与库的关系,应用同位素示踪技术分析连作地黄光合产物的分配及内源激素的变化,以探讨地黄的连作障碍机制。结果表明:剪叶处理对植株的影响不能达到连作障碍程度,其库容及其活性大于连作地黄;连作地黄出现光合产物滞留于地上部,库的活性影响了植株光合产物向库的运输,在生长前期植株内源激素发生了变化;因此断定,连作地黄库容及其活性过低是限制地黄块根膨大的重要因素,库通过不同激素对源的反馈调节,抑制了地上源的光合能力及光合产物向库的分配,导致连作障碍。     

东北天然次生林下木树种的生物量器官分配规律

以帽儿山天然次生林主要下木树种为研究对象,探讨了植物生物量器官(叶、新枝、多年枝、细根、粗根)分配特征及其与物种和个体大小的关系。结果表明:1)林下植物器官生物量的相对生长遵循异速生长理论,相对生长关系并不唯一。叶与新枝(0.924～1.055)、多年枝与粗根(0.917～1.024)和地上部分与地下部分(1.064～1.125)近于等速生长,新枝与多年枝(0.585～0.700),叶与总枝(0.742～0.795),叶与总根(0.853～0.918),以及细根与粗根(0.658～0.750)的生物量相对生长表现为异速生长。2)林下植物生物量器官分配遵循异速生长分配理论,叶、新枝、多年枝、细根和粗根等的生物量比例依次是5.83%～20.60%、0.83%～7.42%、36.25%～68.24%、1.32%～6.75%和16.38%～42.88%、根冠比是0.272～0.866。3)器官生物量比例与物种和植物大小等有关,各植物的器官生物量比例有差异,随植物生长,各植物生物量的叶分配、新枝分配、细根分配和根冠比明显减小、多年枝分配明显增加(P0.05),仅少数植物的粗根分配无明显变化(P0.05)。     

The role of soluble sugars during drought in tropical tree seedlings with contrasting tolerances

非结构碳水化合物(NSCs)是植物的贮藏化合物，用于代谢、运输、渗透调节和叶片脱落后的再生。即使在最适宜生长的条件下，植物也会继续储存NSCs。这种储存可能是由于生长受到抑制而产生的被动积累，也可能是由于以生长为代价而产生的主动储备。前者暗示NSCs可能是碳汇有限生长的副产物，而后者则表明NSCs在植物适应逆境中具有的功能作用。本研究中，利用 ¹³C脉冲标记，我们追踪了具有不同干旱耐受性的两种热带树种的幼苗在干旱和常湿条件下茎和根器官中可溶性糖的来源，以估计干旱前储存的NSCs与干旱期间同化的NSCs的相对分配。我们监测了生长、气孔导度、茎干水势和NSC储存以评估对干旱的全碳响应。结果表明，与对照幼苗相比，不耐旱树种生长速度减慢，在叶片、茎和根器官中储存NSCs，在茎和根器官中可溶性糖(源于干旱前的储存)的比例更大。相反，与对照幼苗相比，耐旱树种则能保持生长和茎根NSCs浓度，但叶片NSCs浓度降低，茎和根可溶性糖的比例更大，这些可溶性糖来自于新同化的光合产物。这些结果表明，不耐旱树种由于缺水导致生长受限而被动积累NSCs，而耐旱树种则通过分配NSCs到茎和根器官来积极响应缺水。这些策略似乎与基线最大生长速率相关，并且支持了以前的研究结果，表明在生长和耐旱性之间存在一种权衡关系，同时也为NSCs分配的可塑性在干旱中的重要性提供了新的证据。