Genotypic Variations in Non-Structural Carbohydrate and Cell-Wall Components of the Stem in Rice,Sorghum, and Sugar Vane

We evaluated genetic variations in the non-structural carbohydrate (NSC) and the cell-wall components of stem in rice, sorghum, and sugar cane to assess the potential suitability of these gramineous crops for bioethanol production. For NSC, the maximum soluble sugar concentration was highest in sugar cane, followed by sorghum with sucrose. The major NSC in rice was starch, but there were wide variations in the starch to soluble sugar ratios among the cultivars. The total concentration of cell-wall components was negatively correlated with the NSC concentration, indicating competition for carbon sources. Among the cell-wall components, lignin was relatively stable within each group. The major sugar species composing hemicellulose was xylose in all crop groups, but there were differences in composition, with a higher fraction of arabinose and glucose in rice as compared to the other crops. In rice, there was less lignin than in sorghum or sugar cane; this might be advantageous for the efficient saccharification of cellulose.     

云南普洱季风常绿阔叶林不同林层非结构性碳水化合物特征

在聚类分析的基础上,研究云南普洱季风常绿阔叶林主要物种非结构性碳水化合物(NSC)及其组分浓度、分配和季节性动态在林冠层、亚冠层和林下层间的变化特征.结果表明:亚冠层中可溶性糖及NSC浓度最高,分别为3.9%和13.3%,可溶性糖淀粉比在林下层最低,为0.76,而淀粉浓度则在各林层间无显著性差异.3个林层的可溶性糖均主要分配在叶片中,淀粉和NSC主要分配在根中.亚冠层中叶片和树干的可溶性糖浓度显著高于林冠层和林下层,枝和根的可溶性糖浓度在3个林层间无显著性差异;叶片的淀粉浓度则随林层高度降低而增加,但根淀粉浓度则是在林下层最低,为10.7%,枝和树干的淀粉浓度在3个林层间无显著差异;叶片NSC浓度为林冠层(10.7%)显著低于亚冠层(12.3%)和林下层(12.0%),但根的NSC浓度在林下层中最低,为14.2%;林下层叶片、枝、树干中可溶性糖淀粉比值均最低,但根的可溶性糖淀粉比值最低值出现在林冠层(0.79).3个林层NSC及其组分均存在显著的季节性变化,可溶性糖及可溶性糖淀粉比均为雨季显著高于旱季,而淀粉和NSC浓度则均在旱季中较高.不同林层NSC及其组分浓度的差异反映了不同高度树种碳利用策略的差异,部分地解释了物种的共存机制.     

中国东北典型森林生态系统植物叶片的非结构性碳水化合物研究

植物叶片的非结构性碳水化合物(NSC)不仅可以反应植物的碳供应状况,也能反应植物对外界环境的适应策略。利用传统的蒽酮比色法测定了东北3个典型森林生态系统(呼中、凉水和长白山)242种常见植物叶片的非结构碳水化合物,探讨了温带主要森林植物叶片NSC沿纬度梯度的变化趋势及其在物种-生活型-群落间的分布规律。实验结果表明:3个典型森林生态系统植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均呈偏正态分布,多数物种的含量偏中低水平;242种植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC的平均含量分别为63.31、65.66和128.96 mg/g。在所调查的森林生态系统中,叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量在不同生活型中表现各异。此外,乔木植物叶片的可溶性糖、淀粉和NSC含量从北到南呈递增趋势,呼中最低,凉水次之,长白山最高。乔木淀粉含量均表现为落叶树种大于常绿树种,可溶性糖和NSC含量变化趋势复杂。研究结果不仅为阐明东北主要森林生态系统植被碳代谢和生长适应对策提供数据基础,而且对理解植物对未来气候变化的响应机理提供数据支撑。     

Composition of sugar cane,energy cane,and sweet sorghum suitable for ethanol production at Louisiana sugar mills

A challenge facing the biofuel industry is to develop an economically viable and sustainable biorefinery. The existing potential biorefineries in Louisiana, raw sugar mills, operate only 3 months of the year. For year-round operation, they must adopt other feedstocks, besides sugar cane, as supplemental feedstocks. Energy cane and sweet sorghum have different harvest times, but can be processed for bio-ethanol using the same equipment. Juice of energy cane contains 9.8% fermentable sugars and that of sweet sorghum, 11.8%. Chemical composition of sugar cane bagasse was determined to be 42% cellulose, 25% hemicellulose, and 20% lignin, and that of energy cane was 43% cellulose, 24% hemicellulose, and 22% lignin. Sweet sorghum was 45% cellulose, 27% hemicellulose, and 21% lignin. Theoretical ethanol yields would be 3,609 kg per ha from sugar cane, 12,938 kg per ha from energy cane, and 5,804 kg per ha from sweet sorghum.     

巴郎山大叶醉鱼草叶片非结构性碳水化合物和氮分配的海拔响应

为深入认识和探讨植物对环境变化的生理生态响应和适应,以分布在川西巴郎山的大叶醉鱼草(Buddleja davidii)为研究对象,沿海拔梯度对植物叶片中非结构性碳水化合物(NSC)、可溶性糖和淀粉含量,氮含量和氮分配比例(光合系统氮分配比例P_P、细胞壁氮分配比例P_CW和其他组分氮分配比例P_other)等参数进行对比分析,探讨其沿海拔的变化趋势,以及叶片NSC、可溶性糖和淀粉含量与氮分配间的相关关系。结果显示：大叶醉鱼草叶片NSC、可溶性糖、淀粉和单糖含量随海拔的升高而增加,而可溶性糖/淀粉比值未发生显著变化,表明高海拔较高的NSC含量的累积是由可溶性糖和淀粉含量共同决定的,而可溶性糖含量的增加主要由单糖含量的变化引起。叶片氮含量和P_P在海拔间差异不显著,但P_CW和P_other分别随海拔升高而降低和升高。此外,随海拔升高,叶片NSC/N比值随之增加,这主要归因于随海拔升高而增加的NSC含量而非海拔间差异不显著的氮含量。NSC含量和可溶性糖含量均与P_...     

隔离降雨对马尾松针叶非结构性碳水化合物和碳、氮、磷的影响

植物叶片中的非结构性碳水化合物(NSC)和碳(C)、氮(N)、磷(P)含量可反映植物和生态系统对水分亏缺环境的响应及适应程度。以福建省长汀县25a马尾松(Pinus massoniana)为对象,原位观测分析了3年持续100%隔离降雨对成年马尾松针叶NSC与C、N、P的影响。结果表明：(1)持续隔离降雨导致马尾松针叶NSC含量先显著增加后减少,最终导致针叶NSC含量季节变化消失;且针叶可溶性糖含量、可溶性糖/淀粉比值在后期显著增加;(2)持续隔离降雨使马尾松针叶N含量、P含量、N∶P均表现为前期与对照组差异不显著,后期显著高于对照组;(3)马尾松针叶NSC含量、可溶性糖含量、P含量、N∶P与土壤水分含量呈显著或极显著相关,且均与P含量显著或极显著相关,与N素无相关性。以上研究结果表明,随着土壤水分含量的持续减少马尾松可通过调整针叶中NSC含量的积累及分配和提高针叶N、P含量来适应缺水环境,P含量的增加对NSC含量波动及可溶性糖和淀粉的相互转化起促进作用。     

沙地樟子松幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以2年生沙地樟子松幼苗为对象,通过持续自然干旱处理,研究当土壤含水量下降到田间持水量的60%、40%、30%、20%和15%时幼苗叶片水势及不同器官(一年生叶、当年生叶、茎、粗根和细根)的可溶性糖、淀粉和非结构性碳水化合物(NSC)的含量,分析沙地樟子松幼苗在干旱致死过程中各器官NSC的分配规律及其适应机制.结果表明: 土壤含水量从田间持水量的40%下降到15%,幼苗叶片凌晨及正午水势无显著变化.当土壤含水量从田间持水量的60%下降到30%,各器官可溶性糖、淀粉、NSC含量和可溶性糖/淀粉先下降后上升.从30%下降到20%,当年生叶、一年生叶、茎和细根可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,而粗根可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.从20%下降到15%,当年生叶、一年生叶和茎可溶性糖、淀粉和NSC含量降低,粗根可溶性糖和NSC含量下降,淀粉含量上升,细根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加.沙地樟子松幼苗通过不断调整各器官NSC及其组分含量变化以适应不同干旱环境,土壤含水量下降到田间持水量的30%后,幼苗可溶性糖和NSC含量总体呈下降趋势,淀粉在粗根和细根中积累,幼苗可能因碳耗竭而死亡.     

长白山阔叶红松林3个主要树种的非结构性碳储存特征

非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)作为树木生命代谢的关键物质之一,在树木器官中的储存特征受到了广泛关注,但NSC在器官内部具有不同功能的组织间(韧皮部与木质部)的分配和权衡还不清楚.本研究以长白山阔叶红松林的3个优势树种——红松、水曲柳和紫椴为研究对象,对比分析NSC在根、树干韧皮与木质部中的浓度和分配特征.结果表明: 树木韧皮部和木质部间的NSC浓度差异显著,总体分配趋势为韧皮部以可溶性糖为主,而木质部以淀粉为主.树干外侧(以年轮划分,0～20年)、中段(20～40年)和内侧(>40年)的NSC浓度在不同树种间差异显著,而根中的差异不显著.红松和水曲柳树干韧皮部可溶性总糖浓度显著高于紫椴,在木质部中差异不显著.本研究结果表明,树体内部NSC在韧皮部和木质部上的分配存在明显分异,这与树种的演替阶段及组织的功能进化有关.研究结果对于深入理解温带树木的碳储存特征和分配机理具有参考意义.     

蒙古莸幼苗干旱致死过程中非结构性碳水化合物的变化

以一年生蒙古莸幼苗为对象,设置适宜水分、慢速干旱致死和快速干旱致死3个处理,研究不同干旱强度致死下蒙古莸幼苗各器官中非结构性碳水化合物(NSC,包括可溶性糖和淀粉)的含量变化及其分配规律.结果表明:慢速干旱致死胁迫下各器官可溶性糖含量与适宜水分组无显著差异.随时间的推移,茎可溶性糖含量先增加后减少,淀粉和NSC含量增加;粗根可溶性糖含量减少,淀粉和NSC含量增加;叶可溶性糖含量增加,淀粉和NSC含量减少.致死时(80 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为6.2%、7.8%、8.3%和7.4%.快速干旱致死胁迫下,各器官可溶性糖含量均高于适宜水分处理组,而淀粉和NSC含量均低于适宜水分组.随时间的推移,根可溶性糖含量下降,淀粉和NSC含量上升;茎可溶性糖、淀粉和NSC含量均上升;叶可溶性糖含量上升,淀粉和NSC含量下降.致死时(30 d),叶、茎、粗根和细根的NSC含量分别为5.9%、6.6%、8.9%和7.7%.应对不同的干旱致死情况,蒙古莸幼苗各器官间非结构性碳水化合物呈现出不同的动态变化.在慢速干旱致死胁迫下,NSC优先为维持各器官生理代谢活动提供能量;而在快速干旱致死下,NSC主要以可溶性糖形式维持植物代谢,调节渗透势,促进吸水,应对急剧的干旱胁迫.     

干旱对兴安落叶松枝叶非结构性碳水化合物的影响

降水格局的变化以及极端干旱的频繁发生是全球气候变化的重要特征之一。为了揭示干旱对树木碳代谢的影响,通过控雨试验研究兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)枝叶的非结构性碳水化合物(NSC)及其组分(可溶性糖和淀粉)的浓度对降水减少的响应,探索枝叶NSC浓度与土壤含水率的关系。控雨试验包括减雨100%(100%RE)、减雨50%(50%RE)和对照(CK)3个处理;控雨时期为2012年生长季(6月至8月)。结果表明,叶NSC浓度对干旱处理的响应比枝更显著。控雨处理对枝叶总NSC浓度影响不显著(P0.05),试验期间叶总NSC平均浓度变化在9.45—14.12 mg/g范围内;枝总NSC平均浓度变化在7.72—9.26 mg/g之间。然而,不同处理之间的叶片可溶性糖浓度差异显著。100%RE最高(8.98±0.31)mg/g、50%RE次之(8.45±0.13)mg/g、CK最低(7.73±0.32)mg/g。相反,叶淀粉浓度以CK最高(2.99±0.22)mg/g、50%RE次之(2.68±0.32)mg/g、100%RE最低(2.63±0.17)mg/g。叶可溶性糖与淀粉浓度的比值的大小顺序为:CK(2.27)50%RE(2.51)100%RE(3.70)。叶可溶性糖浓度、可溶性糖浓度和淀粉浓度的比值与土壤含水率呈显著的负相关关系(P0.05),而叶淀粉浓度有随土壤含水率升高而增高趋势,但相关关系不显著(P0.05)。叶NSC总浓度、枝NSC及其组分浓度与土壤含水率的关系均不显著(P0.05)。研究表明,短期干旱对兴安落叶松树体内总NSC浓度的影响不显著,树木可以通过将淀粉转化成可溶性糖的方式维持其正常的呼吸作用等生理活动。     

秦岭东段不同海拔栓皮栎粗根非结构性碳水化合物含量的季节动态

掌握树木根部碳存储规律对于准确估算碳在地上器官与地下器官间的分配非常必要.本研究以栓皮栎(Quercus variabilis Blume)为对象,在2016年5月-2017年6月,通过周期性采样方法(共计采样14次),测定了高、低海拔(970和650 m)栓皮栎粗根非结构性碳水化合物(non-structural c...     

Leaf nonstructural carbohydrate concentrations of understory woody species regulated by soil phosphorus availability in a tropical forest

Leaf soluble sugars and starch are important components of nonstructural carbohydrates (NSCs), which are crucial for plant growth, development, and reproduction. Although there is a large body of research focusing on the regulation of plant NSC (soluble sugars and starch) concentrations, the response of foliar NSC concentrations to continuous nitrogen (N) and phosphorus (P) addition is still unclear, especially in tropical forests. Here, we used a long‐term manipulative field experiment to investigate the response of leaf NSC concentrations to continuous N and P addition (3‐, 5‐, and 8‐year fertilization) in a tropical forest in southern China. We found significant species‐specific variation in leaf NSC concentrations in this tropical forest. Phosphorus addition dramatically decreased both leaf soluble sugar and starch concentrations, while N addition had no significant effects on leaf soluble sugar and starch concentrations. These results suggest that, in plants growing in P‐limiting tropical soil, leaf NSC concentrations are regulated by soil P availability rather than N availability. Moreover, the negative relationships between NSC concentrations and leaf mass per area (LMA) revealed that NSCs could supply excess carbon (C) for leaf expansion under P addition. This was further supported by the increased structural P fraction after P fertilization in our previous study at the same site. We conclude that soil P availability strongly regulates leaf starch and soluble sugar concentrations in the tropical tree species included in this study. The response of leaf NSC concentrations to long‐term N and P addition can reflect the close relationships between plant C dynamics and soil nutrient availability in tropical forests. Maintaining relatively higher leaf NSC concentrations in tropical plants can be a potential mechanism for adapting to P‐deficient conditions.     

sh-2甜玉米F2籽粒营养品质遗传特点、杂种优势及其亲子回归关系分析

研究了25个sh-2甜玉米自交系及其组配的15个sh-2型F_2籽粒的5个品质性状的遗传特点、杂种优势、亲子回归关系．结果表明,亲本间,除籽粒还原糖含量外,可溶性总糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量是否存在显著差异,对F_2籽粒品质有明显影响．F_2籽粒可溶性总糖、还原糖、淀粉、可溶性蛋白含量近低亲遗传,而蔗糖含量近高亲遗传．杂种F_2籽粒可溶性总糖、淀粉、可溶性蛋白含量普遍介于双亲之间,杂种优势不强;还原糖含量普遍表现为低亲,没有超亲优势;蔗糖含量以超亲为主,有明显杂种优势．亲本对F_2杂交籽粒可溶性总糖、还原糖、蔗糖、淀粉、可溶性蛋白含量均表现为正效应;除还原糖品质外,其他品质性状受父本的影响较大．研究表明,了解sh-2甜玉米亲本营养品质性状,能很好的预测其F_2籽粒营养品质性状,使育种更有目的性．     

去叶对水曲柳苗木根系非结构性碳水化合物分配的影响

全球气候变化有促进食叶害虫爆发的趋势.叶片被食会导致光合产物的生产降低,进一步影响非结构性碳水化合物(NSC)在树木体内的储存和分配.本研究以水曲柳2年生苗木根系为研究对象,通过40%去叶处理,于6-10月对根系取样,研究地上碳(C)供应不足条件下主根、粗根和1～5级细根NSC及其组分的分配格局.结果表明: 对照和去叶处理根系NSC浓度及其组分浓度均具有明显的季节动态;与对照相比,去叶处理苗木主根和粗根NSC浓度分别降低3.8%和30.7%,而1～5级细根NSC浓度增加1.2%～23.5%,这主要受淀粉浓度变化的影响;去叶处理苗木主根和粗根可溶性糖浓度增加7.1%和62.3%,而1～5级根可溶性糖浓度显著降低2.7%～42.8%;去叶对苗木根系可溶性糖和淀粉浓度的不同影响,导致二者的比值在主根和粗根中增加,而在1～5级细根中降低.去叶引起光合产物的生产减少,导致水曲柳苗木主根和粗根中淀粉活化后流向细根并以淀粉的形式储存,这可能有利于提高细根对冬季低温胁迫的抵抗力.     

长白山阔叶红松林不同演替阶段林下红松幼苗能量与养分季节动态

为了解林下红松幼苗生长和养分存储季节动态,以长白山原始阔叶红松林(原始林)和次生杨桦林(次生林)林下2年生红松幼苗为对象,研究林下光合有效辐射(PAR)、幼苗生物量、非结构性碳水化合物(NSC)、全氮(N)和全磷(P)等指标的季节变化,分析两林分林下光照的季节动态及其差异对红松幼苗生长和养分积累的影响。结果表明: 原始林和次生林林下月PAR累积量季节变化都呈“双峰”型,夏季为郁闭期,两林分林下光线弱。春季和秋季为阔叶树无叶期,林下光照条件变好,且次生林林下光照明显好于原始林;原始林和次生林红松幼苗的生物量、NSC、全N和全P浓度的季节动态与林下光照的季节变化基本一致,在春季和秋季表现为显著增加,在夏季呈下降趋势。春季幼苗的淀粉浓度增加,夏季淀粉和可溶性糖浓度均逐渐降低,到8月达到最低值,秋季可溶性糖浓度显著升高。春季和秋季次生林林下幼苗的生物量和NSC浓度整体上均显著高于原始林,而夏季两林分差异不显著。因此,春季和秋季的林下光照条件差异是影响原始林和次生林中红松幼苗养分积累和生长更新差异的主要原因。     

白桦和紫椴树干非结构性碳水化合物的空间变异

以中国东北温带森林两个散孔材树种白桦和紫椴为对象,研究落叶后树干木质部中非结构性碳水化合物(NSC)浓度的空间变异.结果表明: 两种树种的可溶性糖与淀粉的总和(TNC)与可溶性糖浓度均随树干径向深度增加而缓慢下降,淀粉的径向变化不明显,即使在树干径向深处仍存有大量的NSC.两种树种树干的TNC、可溶性糖和淀粉浓度从根颈到胸高降低,之后逐渐升高,最大值出现的高度因树种和TNC组分而异.两种树种树干糖淀粉比值的纵向变化趋势为：白桦随树干升高而增大,紫椴则随之减小.树干NSC储量估算的误差主要来源于NSC浓度的纵向变化,其次是径向变化.喜光树种白桦的树干TNC浓度(1.0%干质量)显著低于耐阴树种紫椴(4.3%干质量),可能与其生活史对策差异有关.采用考虑了树干NSC纵向和径向变化的取样方法,可以有效地降低树木或林分水平上NSC储量估算的不确定性.
     

Alteration in growth and some relevant metabolic processes of broad bean plants during extreme temperatures exposure

The effect of heat-shock (42 °C) or chilling-shock (5 °C) on growth and some relevant metabolic changes of broad bean (Vicia faba L.) were studied. Both heat and chilling-stress induced a reduction in growth rate, membrane stability and content of photosynthetic pigments (chlorophyll a, b and carotenoids). K⁺ efflux and UV absorbance increased at increasing or decreasing temperature. Considerable variations in the content of cell-wall components (pectin, cellulose, hemicellulose and lignin), cell-wall associated proteins, soluble sugars, starch, total lipids, glycolipids, phospholipids and sterols were induced by extreme temperure.     

中国4种典型森林中常见乔木叶片的非结构性碳水化合物研究

植物叶片的非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates,NSC)不仅为植物的代谢过程提供重要能量,还能一定程度上反映植物对外界环境的适应策略。以温带针阔混交林(长白山)、温带阔叶林(东灵山)、亚热带常绿阔叶林(神农架)和热带雨林(尖峰岭)4种森林类型的树种为研究对象,利用蒽酮比色法测定了163种常见乔木叶片可溶性糖、淀粉和NSC(可溶性糖+淀粉)含量,探讨了不同森林类型植物叶片NSC的差异及其地带性变化规律。结果显示：（1）从森林类型上看,植物叶片NSC含量从北到南递减,即温带针阔混交林(170.79 mg/g)>温带阔叶林(100.27 mg/g)>亚热带常绿阔叶林(91.24 mg/g)>热带雨林(80.13 mg/g)。（2）从生活型上看,无论是落叶树还是阔叶树,其叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均表现为：温带针阔混交林>温带阔叶林>亚热带常绿阔叶林>热带雨林;北方森林叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量均表现为落叶树种>常绿树种,或阔叶树种>针叶树种。（3）森林植物叶片NSC含量、可溶性糖与淀粉含量比值与年均温和年均降水量均呈显著负相关。研究表明,森林植物叶片可溶性糖、淀粉和NSC含量以及可溶性糖与淀粉含量比值均具有明显的从北到南递减的地带性规律;其NSC含量以及可溶性糖与淀粉含量比值与温度和水分均呈显著负相关的变化规律可能是植物对外界环境适应的重要机制之一。该研究结果不仅为阐明中国主要森林树种碳代谢和生长适应对策提供了数据基础,而且为理解区域尺度森林植被对未来气候变化的响应机理提供新的视角。     

温度增高、CO2浓度升高、施氮对蒙古栎幼苗非结构碳水化合物积累及其分配的综合影响

蒙古栎(Quercus mongolica)是中国东北地区天然次生林重要组成树种, 研究该树种幼苗有机碳积累及碳库容对未来气候变化的响应, 可为预测未来气候变暖情景下蒙古栎林的天然更新及幼苗的培育提供科学参考。该文旨在探讨CO₂浓度和温度升高综合作用对蒙古栎幼苗非结构性碳水化合物(NSC)积累及其分配的影响。实验环境条件用人工气候箱控制, 控制条件如下: 1) CO₂浓度倍增(700 μmol·mol^-1), 温度升高4 ℃处理(HCHT); 2) CO₂浓度正常(400 μmol·mol^-1), 温度升高4 ℃处理(HT); 3) CO₂浓度和温度均正常, 即对照组(CK); 每个气候箱幼苗分别在3种氮素水平下生长: N2 (15 mmol·L^-1, 高氮), N1 (7.5 mmol·L^-1, 正常供氮)和N0 (不施氮), 一共为9个处理。研究结果表明, 1) HCHT共同作用对NSC积累无促进作用, 但改变了植物各器官中NSC的分配比例, 叶片中可溶性糖和淀粉的积累明显增加, HCHT下N2水平有利于NSC的积累。2) HT明显影响了蒙古栎一年生幼苗NCS的积累和分配。在N2水平下, HT明显促进NSC的积累, 并增加了在主根中的分配比例。3)植株各器官可溶性糖含量的动态变化因处理不同而异。主根淀粉含量随时间逐渐增加, 而细根淀粉含量随时间逐渐减少。在未来气候变暖的情况下, 土壤中大量的氮供给, 可能将促进蒙古栎幼苗的生长、增加其碳库容和抵御不良环境的能力, 进而提高其天然更新潜力。