多花木蓝根截面微观结构对其抗拉特性的影响

根截面微观结构由连通的骨架和相互贯通或封闭的孔洞构成,其与根系抗拉力学特性有密切的联系。该文通过单根拉拔测试根系力学特性并采用扫描电镜获取根截面微观特征,探讨根截面微观结构特征与根抗拉力学特性的关系。主要结果显示:1)根系截面单位面积承受拉力和拉伸应变的能力均随根直径的增大而降低。2)根系抗拉强度和韧性随平均孔径的增加而降低,其次孔径的均匀性对二者也存在一定的影响。3)导管排列方式随根直径的增加,呈现单管孔→复管孔→管孔链→管孔团的排列方式,导管排列方式和分布均匀性对根抗拉力学特性都有影响,其中排列方式较分布均匀性的影响大。4)根截面管孔面积比对根抗拉特性的影响还受木质部和根皮及导管特征的影响。该研究从根系微观结构的角度揭示了根直径的增大影响截面微观结构进而影响根系的抗拉力学特性,为进一步解析灌木根系固土力学机制提供了一定的理论基础。     

朱鹮卵壳的微观结构和成分研究

本文首次对世界珍禽——朱鹮的卵壳在电子显微镜下的微观结构进行了研究;对卵壳中的26种无机元素进行了定量分析。根据两巢卵壳所含有害元素的对比,以及两巢区土壤中有害元素含量对照情况,指出保护朱鹮自然种群、研究其环境因子,刻不容缓。     

干旱胁迫对东方百合根叶生理功能及花粉育性的影响

以东方百合‘Sorbonne’为材料,在持续干旱4、8、12、16、20、24d及干旱24d后复水4d时分别取样,检测叶片叶绿素荧光参数、光合生理指标、抗氧化酶活性和丙二醛含量,并观测其茎生根发育情况以及调查植株在干旱胁迫期、复水期、开花期的花粉育性,明确干旱胁迫对百合根、叶生理功能及花粉育性的影响,探讨百合的抗旱生理机制。结果表明:(1)与对照相比,干旱处理组百合植株的叶绿素含量随着干旱时间延长而逐渐降低,处理4d后百合开始明显受到干旱胁迫;胁迫4~8d内,光合作用受到的胁迫主要是气孔因素所致;胁迫8~12d期间,叶片荧光叶绿素指标开始急剧变化,光合作用受到的胁迫已开始从气孔因素转变为非气孔因素;胁迫12d后,叶片丙二醛含量增加,膜质开始受到氧化;胁迫16d时,叶片抗氧化酶系统活性达到峰值,随后开始降低,丙二醛累积随之增加,膜脂过氧化作用加剧;胁迫24d时,叶片光合指标略有所恢复。(2)解除干旱胁迫复水4d后,百合叶片光合生理指标均有所恢复,但未恢复到胁迫前水平。(3)与正常对照相比,经历干旱胁迫的百合根系随着干旱胁迫时间的延长先缩短变粗、数量减少,然后逐渐褐化并趋近萎缩,且根系干鲜重显著降低,但花粉育性在胁迫期、复水期及开花期没有显著变化。研究发现:持续24d的干旱胁迫会对东方百合叶片的光合功能和抗氧化酶系统以及根系产生破坏性的伤害,但对花粉的育性没有影响。     

光强对木麻黄幼苗根系形态、解剖结构及其碳氮含量的影响

对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究。为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标。结果表明:(1) L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降。(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异。在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降。(3)1-3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加。(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C∶N随光强降低逐渐下降。综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取“弱化吸收,强化储存”收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡。研究结果为林下植被的更新提供理论参考。     

朱yuan卵壳的微观结构和成分研究

本文首次对世界珍禽——朱yuan的卵壳在电子显微镜下的微观结构进行了研究；对卵壳中的26种无机元素进行了定量分析。根据两巢卵壳所含有害元素的对比，以及两巢区土壤中有害元素含量对照情况，指出保护朱yuan自然种群、研究其环境因子，刻不容缓。     

根际细菌群落结构与装配对烟草根系生长性状的影响

植物根际微生物与植物生长密切相关,但根际微生物群落如何影响根系的发育情况仍研究甚少。本研究利用16S rRNA基因高通量测序技术检测了烟草的根际细菌群落,并探究了烟草根系不同发育情况与根际微生物群落差异的关联机制。结果表明：相比不发达根系（UDR）,发达根系（WDR）的根际细菌物种的丰度和多样性均较高,Gallionella和Luteimona等属的丰度显著增加,而Edaphobaculum、PLTA13和Rhodobacter等属的丰度则显著降低（P<0.05）;UDR的分子生态网络更加复杂,且物种间相互作用强,特别是合作行为,而WDR的网络关键节点数较多,其碳循环相关网络模块数与UDR相比增加;此外,WDR的根际细菌群落装配更趋向于发育聚集,且环境过滤在其中发挥了更重要的作用。总体上,本研究结果强调了根际微生物群落的结构组成、网络变化和群落装配在植物根系的生长过程中的重要作用,为植物根际微生物生态学研究提供了理论依据。     

锌营养状况对小麦根细胞膜透性的影响

小麦缺锌不仅导致根系K~ 和NO_3~-泌出量增加,而且低分子量有机化合物如氨基酸、糖类化合物和酚类化合物的泌出量也明显提高。重新供锌(ZnSO_4)12h后,根系K~ 、NO_3~-、氨基酸和碳水化合物的泌出量迅速减少,随着时间的延长,泌出量接近对照水平。结果说明锌对根细胞膜结构的稳定性及膜功能的完整性是必不可少的。     

蕤核的花粉形态及叶片微观结构

运用光学显微镜和扫描电镜对蕤核的花粉形态及叶片微观结构进行了观察。结果表明:蕤核花粉体积小,近球形,辐射对称,具三沟,外壁具条纹状纹饰。上下表皮均有角质层,但形态不同。下表皮有气孔分布,气孔略下陷,气孔密度每平方毫米200～300个,气孔存在三种状态。叶片为异面叶,栅栏组织细胞由2～3层柱状细胞构成,排列紧密,海绵组织由管状细胞构成,细胞间隙大。蕤核虽属于中生植物,但叶片微观结构趋近于旱生植物的特征。     

毛发微观结构研究的回顾与展望

人类认识毛发微观结构的历史已经有160 余年, 显微技术的不断发展使得人们不仅搞清了毛发的基本结构,而且还将毛发结构特征的差异性与动物的种类、动物所受到的环境因子的影响、纺织行业和美发护发行业的具体应用联系起来。随着生物学领域高新技术的不断发展, 对于毛发微观形态学信息的发掘也将随之加深, 毛发微观结构研究在物种识别、功能与形态的关系以及纺织、美发护发等领域将得到更进一步的发展。     

铝对荞麦根系的影响

以荞麦为试材,用五种剂量的铝进行土培,发现低浓度(0.435+0.6gAl3+/kg土)的铝能增加荞麦的总根长、根尖数和根系活力,减小根平均直径,降低根质膜透性,对荞麦生长有一定的促进作用;高浓度的铝(0.435+1.2gAl3+/kg土)会使荞麦的根变短、变粗、侧根减少,根系活力下降,根质膜透性升高,明显不利于荞麦的生长发育。     

丛枝菌根真菌对杨树生长、气孔和木质部微观结构的影响

植物气孔与木质部导管及纤维的功能直接关系着植物的水分利用, 进而影响植物的生长。为研究丛枝菌根真菌(AMF)对杨树抗旱性的影响, 采用温室盆栽的方法, 研究两种水分条件下, 接种根内球囊霉(Rhizophagus irregularis)对速生杨107 Populus × canadensis (P. nigra × P. deltoides) ‘Neva’气孔及木质部微观结构的影响。结果表明: AMF的侵染显著提高了杨树幼苗地上和地下部分生物量, 对叶片气孔长度、茎部导管细胞直径和纤维细胞长度也有促进作用。AMF对生物量和导管细胞直径的增加幅度表现出干旱条件下>正常水分条件下, 而对气孔长度的提高幅度表现出干旱条件下<正常水分条件下。正常水分条件下, AMF增加了杨树叶片的气孔密度, 减小了纤维细胞直径, 对相对水分饱和亏缺无影响; 干旱条件下, AMF增加了纤维细胞直径, 降低了相对水分饱和亏缺, 对气孔密度无影响。综上所述, 干旱条件下, AMF对导管水分传输能力的促进作用明显增加, 而对气孔蒸腾能力的促进作用有所减少, 从而更利于杨树在遭遇干旱时保持水分, 减少干旱对菌根杨树造成的水分亏缺, 提高菌根杨树对干旱的耐受性。     

Microstructural and tensile properties of elastin-based polypeptides crosslinked with genipin and pyrroloquinoline quinone

Elastin is an elastomeric, self-assembling extracellular matrix protein with potential for use in biomaterials applications. Here, we compare the microstructural and tensile properties of the elastin-based recombinant polypeptide (EP) EP20-244 crosslinked with either genipin (GP) or pyrroloquinoline quinone (PQQ). Recombinant EP-based sheets were produced via coacervation and subsequent crosslinking. The micron-scale topography of the GP-crosslinked sheets examined with atomic force microscopy revealed the presence of extensive mottling compared with that of the PQQ-crosslinked sheets, which were comparatively smoother. Confocal microscopy showed that the subsurface porosity in the GP-crosslinked sheets was much more open. GP-crosslinked EP-based sheets exhibited significantly greater tensile strength (P < or = 0.05). Mechanistically, GP appears to yield a higher crosslink density than PQQ, likely due to its capacity to form short-range and long-range crosslinks. In conclusion, GP is able to strongly modulate the microstructural and mechanical properties of elastin-based polypeptide biomaterials forming membranes with mechanical properties similar to native insoluble elastin.     

Architectural characteristics of roots in typical coastal psammophytes of South China

选择华南海岸典型沙地, 采用全挖法, 对4种典型沙生植物木麻黄(Casuarina equisetifolia)、厚藤(Ipomoea pes-caprae)、老鼠艻(Spinifex littoreus)和狗牙根(Cynodon dactylon)的根系构型进行了研究。结果表明: 1)狗牙根和老鼠艻的根系总体分支率显著高于木麻黄, 厚藤最小, 说明大部分草本植物在生长过程中通过增加根系分支率, 提高物质传输效率, 除木麻黄外, 其他3个物种枝系均平卧伸展, 易于受到沙埋生出不定根, 进一步提高其物质传输效率; 2) 4种沙生植物根系平均连接长度最大的为木麻黄, 平均连接长度为19.25 cm, 且相对其他3个物种传导根所占的比例最大, 说明木麻黄通过增加平均连接长度以减少根系内部对土壤资源的竞争, 并提高传导根的比例, 以增加资源传输效率; 3) 4种沙生植物根系构型均倾向于叉状分支, 其中草本植物的根系构型更为接近, 说明草本植物受到的资源胁迫相对较小, 有利于在海岸沙地恢复中快速定居; 与内陆地区沙生植物相比, 海岸沙生植物在土壤资源的获取及空间拓展方面表现出显著的差异, 反映出不同生境条件下物种对生境胁迫的适应策略。因此, 海岸沙地前缘植被恢复应以草本植物为主, 尤其是具有不定根的物种, 乔木则不适合。     

Spatial patterns and drivers of root turnover in grassland ecosystems in China

根系周转是陆地生态系统物质循环的关键指标, 也是陆地生态系统净初级生产力及碳固持潜力估算的核心参数。然而, 由于地下净初级生产力数据获取困难, 区域和全球尺度上的相关研究十分有限, 尤其是分布广泛的中国草地, 区域尺度上的整合研究几乎为空白。基于样地实测数据、已发表文献和在线数据库数据, 对中国草地5种植被类型、共计154个草地生态系统根系周转的空间格局进行整合分析, 并结合气象和土壤数据, 揭示了草地生态系统根系周转的关键驱动因子。研究发现: (1)根系周转速率随纬度升高而降低, 低纬度温暖地区根系周转更快; (2)气候因子(年平均气温、年降水量)和土壤理化性质(砾石含量、容重、pH值)共同影响根系周转, 对周转变异性的解释度为44%, 其中气候因子的相对贡献率为57%, 土壤理化性质的相对贡献率为43%; (3)中国草地根系周转的格局和驱动因子与全球尺度的研究结果不尽相同。该研究对根系周转的驱动因子提出了新的观点和证据, 为全球尺度上的整合研究提供了关键数据。     

Effects of short-term nitrogen addition on fine root biomass,lifespan and morphology of Castanopsis platyacantha in a subtropical secondary evergreen broad-leaved forest

Aims Fine roots are the principal parts for plant nutrients acquisition and play an important role in the underground ecosystem. Increased nitrogen (N) deposition has changed the soil environment and thus has a potential influence on fine roots. The purpose of this study is to reveal the effect of N deposition on biomass, lifespan and morphology of fine root.Methods A field N addition experiment was conducted in a secondary broad-leaved forest in subtropical China from May 2013 to September 2015. Three levels of N treatments: CK (no N added), LN (5 g·m^-2·a^-1), and HN (15 g·m^-2·a^-1) were applied monthly. Responses of fine root biomass, lifespan, and morphology of Castanopsis platyacantha to N addition were analyzed by using a minirhizotron image system from April 2014 to September 2015. Surface soil sample (0-10 cm) was collected in November 2014 and soil pH value, and concentrations of NH₄⁺-N and NO₃^--N were measured.Important findings The biomass and average lifespan of the fine roots of C. platyacantha were 128.30 g·m^-3 and 113-186 days, respectively, in 0-45 cm soil layer. Nitrogen addition had no significant effect on either fine root biomass or lifespan in 0-45 cm soil layer. However, LN treatment significantly decreased C. platyacantha root superficial area in 0-15 cm soil layer. HN treatment significantly decreased soil pH value. Our study indicated that short-term N addition influences soil inorganic N concentration and thus decreased pH value in surface soil, and thereafter affect fine root morphology. Short-term N addition, however, did not affect the fine root biomass, lifespan and morphology in subsoil.     

Effects of static magnetic fields on bone microstructure and mechanical properties in mice

All the living organisms originate, evolve and live under geomagnetic field (GMF, 20–70 µT). With rapid development in science and technology, exposure to various static magnetic fields (SMFs) from natural and man-made sources remains a public environmental topic in consideration of its probable health risk for humans. Many animal studies related to health effect have demonstrated that SMF could improve bone formation and enhance bone healing. Moreover, most of the studies focused on local SMF generated by rod-type magnet. It was difficult to come to a conclusion that how SMF affected bone metabolism in mice. The present study employed hypomagnetic field (HyMF, 500 nT), and moderate SMF (MMF, 0.2 T) to systematically investigate the effects of SMF with continuous exposure on microstructure and mechanical properties of bone. Our results clearly indicated that 4-week MMF exposure did not affect bone biomechanical properties or bone microarchitecture, while HyMF significantly inhibited the growth of mice and elasticity of bone. Furthermore, mineral elements might mediate the biological effect of SMF.     

Effects of nitrogen enrichment on root exudative carbon inputs in Sibiraea angustata shrubbery at the eastern fringe of Qinghai-Xizang Plateau

Aims Understanding the responses of root exudative carbon (C) to increasing nitrogen deposition is important for predicting carbon cycling in terrestrial ecosystems. However, fewer studies have investigated the dynamics of root exudation in shrubbery ecosystems compared to forests and grassland ecosystems. This objective of this study was to determine the effects of nitrogen fertilization on the rate and C flux of root exudates.Methods Three levels of nitrogen addition treatments were applied to a Sibiraea angustata shrubbery ecosystem situated at the eastern fringe of Qinghai-Xizang Plateau, including N₀ (without nitrogen application), N₅ (nitrogen addition rate of 5 g·m^-2·a^-1), and N₁₀ (nitrogen addition rate of 10 g·m^-2·a^-1), respectively, in 5 m ´ 5 m plots. Root exudates were collected in June, August and October of 2015, using a modified culture-based cuvette system. Root biomass in each plot was measured with root core method.Important findings The rates of root exudates on biomass, length, and surface area basis all displayed apparent seasonal variations during the experimental period, with the magnitude ranked in the order of: August > June > October, consistent with changes in soil temperature at 5 cm depth. With increases in the nitrogen addition rate, the rate of root exudates on biomass, length, and area basis all trended lower. Compared with the control (N₀), the N₅ and N₁₀ treatments significantly reduced fine root biomass in the Sibiraea angustata shrubbery, by 23.36% and 33.84%, respectively. The decreasing root exudation and fine root biomass in response to nitrogen addition significantly decreased C flux of root exudates. Our results provide additional evidences toward a robust theoretical foundation for better understanding soil C-nutrient cycling process mediated by root exudation inputs in Alpine shrubbery ecosystems under various environmental changes.     

Effects of fine root decomposition on bacterial community structure of four dominated tree species in Mount Taishan,China

为了理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响, 该研究以泰山4种主要优势造林树种刺槐(Robinia pseudoacacia)、麻栎(Quercus acutissima)、油松(Pinus tabulaeformis)和赤松(Pinus densiflora)为研究对象, 采用凋落物分解袋法及Illumina Miseq测序平台对细菌16S rDNA V4-V5区扩增产物进行双端测序, 分析了4种树种细根分解对细菌群落结构及多样性的影响。结果表明: (1) 4种植物细根分解速率差异显著, 阔叶树种分解速率显著高于针叶树种, 表现为刺槐>麻栎>油松>赤松。(2) 4个树种细菌序列操作分类单元(OTU)、观测到的物种数、Ace指数和系统发育多样性之间差异显著, 且阔叶树种刺槐和麻栎显著低于针叶树种赤松和油松。4种细根分解的细菌群落结构存在极显著差异。细根初始碳(C)含量、木质素:氮(N)和C:N对细菌群落结构的影响较大。(3)细菌群落相对丰度在5%以上的优势类群是变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门, 且变形菌门、酸杆菌门在4个树种之间差异显著, 特别是阔叶树种变形菌门显著高于针叶树种。在纲水平上, α-变形菌纲、β-变形菌纲、γ-变形菌纲、不明放线菌纲、鞘脂杆菌纲为主要的优势纲, 其中α-变形菌纲、不明放线菌纲在4个树种之间差异显著。(4) Pearson相关性分析表明, 细菌优势门和纲相对丰度受到凋落物初始化学性质的影响, 特别是变形菌门和α-变形菌纲; 变形菌门和α-变形菌纲相对丰度与细根分解速率显著正相关。冗余分析结果也显示, 细根初始N、磷(P)含量和木质素含量对细菌群落结构的影响较大。研究结果有助于理解细菌群落结构和多样性对森林生态系统细根凋落物分解的影响。     

磷肥对花生根系形态、生理特性及产量的影响

采用池栽, 测定不同施磷量对花生(Arachis hypogaea)根系性状、生理特性及产量的影响。结果表明: (1)结荚中期, 根系总长度、体积、表面积及根尖数量均随施磷量的增加而增加, 在施磷30-90 kg·hm^-2范围内, 施磷比不施磷4项指标分别增加3.5%-20.7%、9.3%-21.9%、9.7%-20.3%和12.6%-21.4%。特别是当施磷量超过60 kg·hm^-2时, 上述4项指标均显著高于不施磷处理; 施磷可使根系中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT) 3种酶活性分别提高12.7%-20.6%、14.8%-36.8%和17.0%-41.8%, 丙二醛(MDA)含量降低8.4%-19.5%, 根系活力和可溶性蛋白含量分别提高10.4%-25.0%、29.2%-53.5%; 同时, 施磷可使单株根瘤数量和鲜重分别增加10.7%-21.7%和22.6%-35.6%。(2)收获期, 除MDA含量随施磷量的增加而增加, SOD、POD和CAT活性, 根系活力和可溶性蛋白含量均随施磷量增加而呈降低趋势, 但多数指标施磷与不施磷及不同施磷量之间差异不显著。造成这一现象的原因与施磷后花生荚果库容增大, 对光合产物需求量增加, 导致植株和根系营养不良, 加速衰老有关。(3)花生单株结果数、生物产量、经济系数、出米率及产量均随施磷量的增加而增加, 其中产量的增加主要是通过生物产量和经济系数协同提高来实现的。