三种湿地植物的生长及根系溶解性有机碳分泌物研究

研究了美人蕉(Canna indica Linn.)、风车草(Cyperus flabelliformis Rottb.)和水鬼蕉(Hymenocallis littoralis (Jack) Salisb.)3种湿地植物在人工气候室水培条件下的根系溶解性有机碳分泌物分泌量及其与生长的关系.结果表明,风车草和美人蕉的植...     

两种不同根系类型湿地植物的根系生长

实验设计了一个水培系统,利用生活污水培养,对4种“须根型”植物美人蕉、风车草、象草和香根草和4种根茎型植物菖蒲、水鬼蕉、芦苇和水烛的根系生长进行比较研究。该系统由用于盛污水的塑料桶（顶部直径36．5cm,底部直径30．Ocm,高34．5cm）和用于固定植物于水面的泡沫板构成。每桶种植1株植物,每种种5株。水培至10周时,须根型植物的平均根数达到1349条／株,而根茎型植物的平均根数只有549条／株。实验结束（水培第21周）时,须根型植物的平均根生物量为11．3g／株,根茎型植物的平均根生物量为7．4g／株。须根型植物根系中,d〈1mm的细根生物量占根系总生物量的51．9％,而根茎型植物d〈1mm的细根的生物量只占25．1％。根茎型植物的根生物量与地上生物量的比值为0．2,显著高于须根型湿地植物（0．1）。须根型湿地植物的根系表面积（6933cm^2／株）极显著地高于根茎型湿地植物（1897cm^2／株）。根茎型湿地植物根的平均寿命（46．6d）较须根型湿地植物根的平均寿命（34．8d）长。美人蕉的平均根数达1871条／株,根表面积达到22832cm^2／株,远较其他种高。     

根区通氧状况对水稻幼苗生长及吸收镉的影响

采用水培的方法研究了根区通氧状况对水稻根系结构、根系泌氧、根表铁膜生成以及水稻耐受、吸收Cd的影响.水培条件下,根区氧处理对水稻幼苗的生长产生了一定的影响,缺氧条件下的水稻根的伸长量降低,生物量增加,直径增粗,根系泌氧量增加,并降低幼苗对Cd的吸收.当培养溶液Cd2+浓度为1.0 mg/L时,缺氧处理相对于通氧处理,根表吸附的Cd降低了85 5%,地下部分吸收的Cd降低了35%,转运到地上部分的Cd降低了58%.根表铁膜对Cd的吸收和转运也有一定的抑制作用,但其作用因环境中Cd2+浓度和根区通氧状况而异.在根区通氧充分的培养条件下,水稻幼苗铁膜对较高浓度Cd2+(1.0 mg/L)的吸收和转运起着重要的作用,DCB-Cd占根系吸收Cd的50%,茎叶对Cd的吸收显著降低(p<0.05).研究表明在缺氧胁迫下,根系结构本身(如根表通透性降低)是影响水稻吸收Cd的重要因素.     

湿地植物根系泌氧及其在自然基质中的扩散效应研究进展

湿地植物根系径向泌氧(ROL)是构造根际氧化-还原异质微生态系统的核心要素,其扩散层为好氧、厌氧微生物提供了良好生境并促进其代谢活动,使湿地植物根际成为有机物降解、物质循环及生命活动最为强烈的场所,已有成果证明湿地植物根系ROL的强弱与污染物的去除效果密切相关。因此,开展湿地植物根系ROL及其在自然基质中的扩散效应研究,对于了解湿地植物根系ROL机理及其根际氧环境特征,进而发挥湿地植物的污染去除功能具有十分重要的意义。基于此,首先归纳了湿地植物根系ROL特征及其受影响机制的研究现状,而后从种属差异、时空分布及对微生物的影响等方面对根系ROL在自然基质中的扩散效应国内外研究成果进行了总结,最终根据研究现状与不足对今后的研究方向进行了简要展望。创新之处在于:1)提出影响根系氧供给及氧输送释放通道的环境、生物等因素,阐述了其对根系ROL的影响机制;2)着重阐述了目前研究较少提及的根系ROL扩散效应测定方法。     

水淹对三峡库区两种岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)和野古草(Arundinella anomala Steud.)水下光合的影响

为了阐明水淹对三峡库区岸生植物秋华柳(Salix variegata Franch.)和野古草(Arundinella anomala Steud.)水下光合作用的影响,模拟三峡库区消落带水淹发生情况,考察了在不同水淹处理下秋华柳和野古草的水下光合.实验设置了对照(不进行水淹,常规供水管理)和2m深度水淹(植株置于水中,植株顶部在水面下2 m)2个不同的水淹深度和5、15、20、40 d和60 d等5个不同的水淹时间处理,采用Chlorolab-2液相氧电极(英国Hansatech公司生产)测定了在不同水淹时间和水淹深度处理下秋华柳和野古草的水下光合作用.实验结果表明: (1) 水淹60d后,秋华柳和野古草的存活率均为100%,而典型的陆生植物香樟和马唐分别在水淹40d和15d后全部死亡.(2) 在相同的水淹时间和水淹深度下,秋华柳和野古草的水下光合速率(放氧速率)显著高于典型的陆生植物(香樟(Cinnamomum camphora(L.) Presl.)和马唐(Digitaria sanguinalis (L.)Scop.)) (3) 在长期水淹的条件下,秋华柳和野古草仍具有水下光合的能力.在水淹60 d后,水淹2 m的秋华柳和野古草植株的水下放氧速率显著低于对照植株的水下放氧速率,但仍具有水下光合的能力,其水下光合速率分别为0.202 μmol · m-2 · s-1和0.139 μmol · m-2 · s-1.同时,研究也表明在水淹40 d和60 d后,秋华柳表现出比野古草强的水下光合能力.研究表明,秋华柳和野古草在存活率和水下光合方面对长期水淹表现出良好的适应性,是可以用于三峡库区消落区植被构建的优良植物物种.     

光照和生长阶段对菖蒲根系泌氧的影响

以自然湖泊沉积物为研究基质,利用微型电机控制溶氧微电极实现纵向精确微位移,在照光与遮光条件下,对典型湿地植物菖蒲幼苗、成株根系根基部起总根长1/4处(根1/4)、根系中部(根1/2)、从根基部起总根长3/4处(根3/4)及根尖(根1)处根系微界面径向溶氧浓度变化进行原位精确测定。结果表明:无论有无光照,菖蒲幼苗、成株根系不同部位均存在从根表面至沉积物氧饱和度由高到低的氧扩散层,其厚度0.18—0.68 mm;根1/2、3/4、1处氧扩散能力菖蒲成株较幼苗显著增强(P<0.01),根1/4处二者则无显著差异(P>0.05);光照对菖蒲幼苗、成株根系不同部位氧扩散能力的影响存在差异,光照对菖蒲幼苗根1/2及菖蒲成株根1/2、根3/4处影响显著(照光组显著高于遮光组,P<0.01),而对菖蒲幼苗根1/4、根3/4、根1及菖蒲成株根1/4、根1处无显著影响(P>0.05);从根系泌氧空间差异上看,照光条件下菖蒲幼苗、成株分别表现为根1/2>根3/4≈根1≈根1/4(P<0.01,P>0.05)和根1/2>根3/4>根1>根1/4(P<0.01),遮光条件下菖蒲幼苗、成株分别表现为根1/2≈根3/4≈根1≈根1/4(P>0.05)和根1/2>根3/4≈根1>根1/4(P<0.01,P>0.05)。     

柽柳对镉胁迫的生理生态响应

在温室条件下采用营养液培养的方法研究了营养液中Cd²⁺浓度为0、10、50、200和500 μmol·L ^-1时,柽柳(短穗柽柳(Tamarix laxa))对重金属镉的吸收和分泌特点。研究结果表明:与对照相比,较低浓度(10 μmol·L ^-1)镉处理对柽柳的生长量、含水率均没有显著变化,两周培养期间内没有出现镉中毒症状;Cd²⁺浓度增加至50 μmol·L ^-1时对柽柳产生了较强的毒害作用,柽柳的生长量、植株含水率均明显下降,在加镉处理第十二天时营养枝开始发黄,出现镉中毒症状。柽柳不同器官镉积累量由大到小依次为:根系>新生营养枝>枝条。研究还发现,柽柳盐腺能够分泌镉,分泌镉的量占营养枝中镉含量的0.5%左右;在较低浓度(0~50 μmol·L^-1)时柽柳对镉的分泌量随着培养液中Cd²⁺浓度的增加而增加,并在50 μmol·L ^-1镉处理时,分泌物中Cd²⁺浓度达到本试验中的最高点,然后镉的分泌量开始下降。这一结果说明,尽管泌盐盐生植物——柽柳的盐腺能够分泌重金属镉,但是其数量在植株累积的镉总量中所占甚少,对短穗柽柳耐镉毒害能力贡献不大。     

四种湿地植物在人工湿地的生长特性研究

研究了表面流人工湿地中香根草(Vetiveria zizanioides)、风车草(Cyperus flabelliformis)、芦苇(Phrogmites australis)和水鬼蕉(Hymenocallis littoralis)4种植物的根生物量和生长量、根系分布、地上部分的生长情况.风车草、香根草和水鬼蕉根系及地上部分的生长节律相似,9月或10月前生长较快,以后生长减慢甚至停止;芦苇则不同,7月以前生长缓慢,以后生长加速,冬季也保持较快的生长.全年根生长量和根生物量以水鬼蕉最大,显著高于其它植物(P<0.01),香根草最小,显著低于其它3种植物(P<0.01).香根草的根系垂直向下生长,分布较深,而其它3种植物的根系主要分布在浅层土壤中.风车草分株最多,叶面积指数最大.香根草叶面积指数最小.结果表明,在构建多种植物人工湿地群落时,可以考虑将芦苇与大多数湿地植物搭配以保证湿地全年保持较好的净化效果;水鬼蕉可以作为底层植物,和风车草等生长早、植株较高的植物构建多种湿地群落.     

人工湿地污水处理系统中的植物效应与基质酶活性

为了解植物在湿地污水净化系统中的作用与机理,构建了A-B-C三级串连垂直流人工湿地系统,并选择水葱(Scirpus validus)风车草(Cyperus alternifolius)、美人蕉(Canna indica)、和芦苇(Phragmites australis)作为测试植物,进行了生活污水处理试验.结果表明,系统中有植物单元单位面积污染物的去除量均高于无植物对照单元.与对照相比,在A、B、C三级系统中由植物效应产生的CODCr去除增量分别为43.52 g/(m2·d),20.38 g/(m2·d),30.94 g/(m2·d);TN去除增量为13.14 g/(m2·d),28.61 g/(m2·d),6.97 g/(m2·d);TP去除增量为1.2 g/(m2·d),0.66 g/(m2·d),0.06 g/(m2·d).从A到C级,污水中污质浓度递减,呈现根系活力显著增强,而植物生长量、过氧化物酶含量、生长量与氮磷积累量等显著下降趋势.基质酶活性在对照单元中较低,在有植物单元中,基质酶活性明显增大并与根系活力成正相关.     

低氧胁迫下钙对樱桃根系功能及氮代谢的影响

以樱桃组培苗‘吉塞拉5号’为试材,采用营养液水培控制溶氧浓度的方法,研究短期低氧胁迫下钙对其根系功能及氮代谢的影响.结果表明:与对照相比,低氧加钙处理的樱桃植株根系活力显著升高,根系呼吸速率抑制作用明显减轻,与氮代谢相关的硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)及谷氨酸脱氢酶(NADH-GDH)活性也显著升高,从而为低氧逆境下樱桃根系的吸收作用提供足够的能量,保证了糖酵解和电子传递的顺利进行,缓解了樱桃的低氧伤害,且10 mmol·L-1 Ca2+处理的缓解效果优于5 mmol·L-1处理;低氧缺钙处理的樱桃植株根系活力显著下降,根系呼吸速率抑制作用明显加重,NR、GS及NADH-GDH活性显著降低;表明适当提高生长介质中的Ca2浓度可缓解低氧胁迫对樱桃根系的伤害.     

NaCl对中华补血草叶片盐腺发育及其泌盐速率的影响

以中华补血草(Limonium sinenseKuntze)为实验材料,研究了不同浓度NaCl处理对其生长、盐腺发育及泌盐速率的影响.结果显示:(1)随着NaCl浓度的升高,植株干重和鲜重均先显著升高后逐渐下降,当NaCl处理浓度为100 mmol/L时,植株干、鲜重达到最大;(2)与对照相比,300 mmol/L NaCl处理下盐腺的分泌细胞及平均直径差异不显著,而在1002、00 mmol/L的NaCl处理下显著增大;(3)随着NaCl浓度的升高,盐腺密度显著升高且叶片上表面盐腺总数明显高于对照,单个盐腺的泌盐速率和叶片整体泌盐速率均显著升高.结果表明,100~200 mmol/L NaCl处理可显著促进中华补血草盐腺的发育及泌盐能力,300 mmol/L以上NaCl处理对盐腺的直径影响不显著,但可显著促进盐腺的泌盐能力.     

四种挺水植物生理生态特性和污水净化效果研究

采用人工气候室水培系统以人工污水培养慈姑(Sagittaria trifolia)、花皇冠(Echinodorus berteroi)、菖蒲(Acorus calamus)和芦苇(Phragmites australis) 4种挺水植物,比较它们的根和地上部分生物量、根长、根寿命、根孔隙度、根径向泌氧量(ROL)、光合作用等生理生态特性及对总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的去除效果。结果表明,ROL与根孔隙度、光合速率、地上生物量呈显著正相关(P<0.05),与根长极显著正相关(P<0.01);TP的去除与光合速率、COD的去除与ROL显著正相关; TN的去除与生物量极显著正相关(P<0.01),但与根生物量和地上部分生物量的比值(根茎比)显著负相关(P<0.05)。慈姑和花皇冠拥有庞大生物量和发达的根系,根孔隙度、ROL和光合作用等生理指标较高,在水培系统中的污水净化效果接近甚至优于菖蒲和芦苇,是构建人工湿地的优良植物。     

CO2倍增对不同氮水平下小麦幼苗根系及叶片NR活性的影响

以小麦品种'小偃22'幼苗为材料,采用开顶式气室和水培实验研究了不同供氮水平(2.5、5.0、10.0和 15.0 mmol·L-1)下小麦幼苗植株生长量、根系形态、有机碳分泌速率和硝酸还原酶(NR)活性对大气CO2浓度升高的响应.结果显示,大气CO2浓度倍增均增加了小麦幼苗各生长阶段根冠生物量以及根系长度、面积、有机碳分泌速率和叶片NR活性.随供氮水平的提高,各生长阶段幼苗根冠生物量、根长和面积以及叶片NR活性呈上升趋势,而有机碳分泌速率呈下降趋势;根冠比变化不同阶段表现不一致,一叶一心期呈下降趋势,二叶一心期和三叶一心期分别以15.0和10.0 mmol·L-1氮水平较高.研究表明,大气CO2浓度升高可促进小麦幼苗根系生长和有机碳分泌速率,提高其氮素同化能力;增加介质供氮有利于高CO2浓度条件下小麦幼苗根冠生长和氮素同化,提高根冠比,减少根系有机碳过度分泌引起的碳损耗.     

外源油菜素内酯(EBR)对Cu胁迫期间番茄幼苗的缓解效应

采用营养液水培的方法,以‘改良毛粉802F1’番茄为供试材料,通过检测番茄植株内激素、根系分泌物、氨基酸、电解质渗漏率和生物量的变化,研究外源2,4-表油菜素内酯(2,4-EBR,EBR)对Cu胁迫下番茄的缓解效应及机制。结果表明,与Cu胁迫处理相比,喷施0.1 mg·L-1的EBR能显著提高叶片内源ZR和GA含量,显著降低根系中ZR、ABA和IAA的含量,同时提高番茄植株内各种有机酸的含量,其中柠檬酸含量升高482.2%,乳酸含量为0.187 mg·g-1。植株中氨基酸总量增加了11.1%,生物量增加20.9%。表明外源EBR可以降低Cu的生物毒性,减缓过多Cu对番茄幼苗的抑制作用。     

三江并流区水电站消落带适生草本植物根系固土能力

三江并流区生态脆弱敏感,水电站库周消落带土壤侵蚀严重,为研究消落带适生草本植物的根系固土效应,并为重建植被、控制土壤侵蚀提供依据,以生长期为18个月的风车草(Cyperus alternifolius L.)、美人蕉(Canna indica L.)、花叶芦竹(Arundo donax var. versicolor)和菖蒲(Acorus calamus L.)4种草本植物为研究对象,采用自制的原位剪切仪测定根土复合体和素土的抗剪强度;用根系拉力试验机测定根系的抗拉强度,用Wu和Waldron模型(WWM)对根系提高土体抗剪强度进行预测,并评价模型的可靠性。结果表明：①4种适生草本植物根系都能增强土体的抗剪强度,风车草、美人蕉、花叶芦竹和菖蒲根系使土体的抗剪强度分别提高了403.89%、248.32%、388.50%和200.71%;②4种草本植物根系的抗拉强度均与直径呈现负幂函数关系;③根系抗拉强度较大、破坏面上根面积比较高和根系直径(D)<1 mm细根较多的草本植物,固土效应更加显著;④4种草本植物根系对土体强度增量的WWM模型计算值是实测值的9.37-43.85倍,该模型对高含水率土壤中草本植物根系的预测精度较低。风车草、美人蕉、花叶芦竹和菖蒲的根系均有较强的固土能力,尤其是风车草和花叶芦竹,是三江并流区黄登水库消落带植被重建和固土抗蚀的优选物种。     

外源NO对铜胁迫下番茄幼苗根系构型及其超微结构的影响

采用营养液水培的方法,以“改良毛粉802F1”番茄为材料,硝普钠（sodiumnitroprusside,sNP）为一氧化氮（N0）供体,研究外源N0对铜胁迫下番茄幼苗根系构型及其超微结构的影响。结果表明,50μmol·L-1的铜胁迫下,外施100μmol·L-1 SNP能够显著增加番茄幼苗植株的生物量、株高和茎粗,提高根系活力,改善根系构型中的根长度、根平均直径、根表面积和根体积,缓解番茄幼苗亚细胞结构（细胞核、线粒体、叶绿体、液泡、核膜）的改变,维持番茄幼苗组织结构的稳定,减缓铜胁迫对植株生长的抑制作用,添加NO清除剂牛血红蛋白后,能显著消除NO的缓解效果。     

风车草和香根草在人工湿地中迁移养分能力的比较研究

为研究风车草(Cyperus alternifolius)和香根草(Vetiveria zizanioides)迁移养分的能力,建立17.0m²风车草潜流式人工湿地和13.3 m²香根草潜流式人工湿地处理猪场废水,在四个季节末测定植物生物量和组织氮、磷、铜、锌含量.结果表明,香根草地下部生物量大于风车草,地上部生物量则是风车草大于香根草.风车草年地上部收获量为3406.47 g·m^-2,比香根草的1483.88 g·m^-2高2.3倍;风车草的氮含量为22.69 mg·g^-1,比香根草的15.44 mg·g^-1高7.25 mg·g^-1;风车草的磷含量为6.09 mg·g^-1,比香根草的5.47 mg·g^-1高0.62 mg·g^-1.植株含铜、锌量风车草略比香根草高.风车草每年迁移N 68.72 g·m^-2和P18.49 g·m^-2,香根草迁移N 8.93 g·m^-2和P 3.69 g·m^-2.风车草人工湿地每年由植物迁移的氮、磷、铜、锌比香根草高4～7倍.     

不同磷浓度对玉米生长及磷、锌吸收的影响

在不同磷水平(0.1、1.0、5.0、10和100μmol·L^-1P)的水培液中培养玉米苗,测定不同培养时期玉米的生长和玉米植株对P、Zn吸收和利用效率.结果表明,玉米在100μmol·L^-1P的溶液中生长速率最大,而根冠比在0.1μmol·L^-1P的溶液中为最大.随着水培液中P水平的增加,植株对P的吸收速率增加,而利用效率降低;玉米根系含Zn量增加,而冠层含Zn量变化不大,说明增P使Zn在根内富集,Zn向冠层转移速率较小,玉米幼苗根系中P和Zn的浓度呈正相关关系.     

底泥养分富集条件下11种水生植物的光合氮利用效率

为揭示水生植物对富营养化河涌底泥的生理生态适应性及其净化能力,选取11种水生挺水植物(包含6种本土植物和5种外来植物)结合河涌底泥进行试验。通过测定试验一年后植物叶片的光饱和光合速率(P_(sat),μmol m~(-2)s~(-1))、比叶面积(SLA,m~2/kg)、总氮含量(TN,mg/g)和光合作用氮利用效率(PNUE,μmol mol~(-1)s~(-1)),比较分析物种间生理与结构特性及其相互关系。结果表明:种间的SLA层次比较分明,最高的大叶皇冠草(20.31±0.30)与最低的鸢尾草(7.22±0.31)相差近3倍。种间的P_(sat)在(3.76±0.57)(鸢尾草)—(21.53±1.20)(水罂粟)之间,水罂粟比鸢尾草高81.79%。种间的PNUE从42.53±8.42(鸢尾草)至655.8±100.93(天使花),美人蕉、水罂粟、风车草和香蒲的PNUE值均较高,且差异不明显(P0.05),这些植物的PNUE显著高于较低PNUE的种类(包括菖蒲、蓝花草和鸢尾草)(P0.05)。种间SLA分别与PNUE和P_(sat)(μmol kg~(-1)s~(-1))呈显著的正相关,SLA和P_(sat)(μmol m~(-2)s~(-1))分别与TN(mmol/m~2)呈显著负相关(P0.05)。外来植物类群的PNUE、SLA、P_(sat)和TN均显著高于本地植物类群(T-test,P0.05),说明外来水生植物在养分富集化环境下能更有效地利用资源,具有潜在的高生长速率和种间竞争优势。     

美人蕉(Canna indica Linn)镉胁迫的抗氧化机理

采用水培的方式,探讨了不同Cd2+水平(0、1、2.5、7.5、15 mg·L-1)对美人蕉生物量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)、植物螯合肽(PCs)、酸溶性SH、Cd含量的影响.结果表明,1 mg·L-1的Cd显著提高了美人蕉的生物量(p<0.05),促进了美人蕉的生长.随着Cd2+浓度的提高,SOD、 POD、CAT活性以及MDA含量显著增加(p<0.05),表明美人蕉受到了活性氧物质的胁迫.美人蕉中GSH、PCs、SH含量也随Cd2+含量的增加而增加,表明Cd胁迫诱导了PCs 的产生,有利于降低Cd对植物体本身的毒害,且根系中的含量均高于叶片.美人蕉中Cd含量随着Cd浓度的增加而显著增加,在15 mg·L-1处理时,地上部Cd含量达到555.4 mg·kg-1,表明美人蕉对Cd有较强的富集能力.