盐碱胁迫下枸杞和柽柳的水力学特性和碳代谢

盐碱胁迫是全球范围内重要的非生物胁迫形式之一,但目前对植物水力学特性和碳代谢应对盐碱胁迫响应的研究还不多。本研究以耐盐碱植物枸杞（Lycium chinense Miller）和柽柳（Tamarix chinensis Lour.）为对象,测定不同盐碱程度下两种植物的枝条水势和导水损失率（PLC）、叶片光合作用和气孔导度、不同部位的非结构性碳（NSC）浓度以及植株生长情况。结果显示,重度盐碱胁迫显著降低了两种植物凌晨和正午水势、光合速率和枝条PLC,重度胁迫下柽柳的光合速率、气孔导度和枝条PLC下降程度均大于枸杞,重度盐碱胁迫下枸杞不同部位的NSC浓度均显著降低,但柽柳的地上部分NSC浓度显著增加,根部NSC浓度显著减低。两种植物有不同的应对盐碱胁迫策略,枸杞有较强的气孔调节能力,对水力结构的维持有利,但会限制碳摄取,柽柳气孔调节能力弱,水力结构易受影响,但对碳平衡维持有利。     

Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on calorific value and contents of carbon and ash in Robinia pseudoacacia

该试验以根内球囊霉(Glomus intraradices)和地表球囊霉(G. versiforme)为接种剂, 研究了丛枝菌根真菌对刺槐(Robinia pseudoacacia)生物量、热值、含碳量、灰分、能量积累和碳素积累的影响。结果表明, 接种根内球囊霉和地表球囊霉对提高刺槐生物量、热值、能量积累和碳素积累都起到了重要作用。接种根内球囊霉和地表球囊霉后刺槐的总生物量比对照分别增加了89.61%和91.34%, 能量积累分别比对照增加102.20%和94.19%, 碳素积累分别比对照增加93.30%和77.21%; 同时发现刺槐的能量和碳主要分布在根系和叶, 而茎中能量和碳所占的比例较小。接种根内球囊霉提高了刺槐的干重热值, 其根、茎、叶的干重热值分别比对照增加7.72%、8.94%和8.41%; 接种地表球囊霉也显著(p < 0.05)提高了刺槐的干重热值, 但其效果低于根内球囊霉。接种根内球囊霉显著(p < 0.05)提高了刺槐根的含碳量, 对茎和叶的含碳量影响不明显。接种根内球囊霉和地表球囊霉都显著(p < 0.05)提高了刺槐茎和叶的去灰分热值。     

胡杨木质部水分传导对盐胁迫的响应与适应北大核心CSCD

解析植物木质部导水率对逆境的响应和适应对促进植物抗逆性机理研究和受损植被恢复具有重要意义。该文以荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象,系统分析了胡杨幼株根、茎、叶水分传输通道对不同浓度盐胁迫的响应和适应。结果表明:(1)胡杨幼株根系对盐胁迫的敏感性高于茎和叶,盐胁迫下根系生长和根尖数显著受到抑制,根木质部易于发生栓塞,导水率明显降低。(2)胡杨幼株茎木质部导水率对盐胁迫的响应依盐浓度而定,轻度(0.05 mol·L–1 Na Cl)和中度(0.15 mol·L–1 Na Cl)盐胁迫下,胡杨可以通过协调导管输水的有效性和安全性来调节木质部的导水率,维持植物正常生长;重度(0.30 mol·L–1 Na Cl)盐胁迫下,胡杨茎木质部导管输水有效性和安全性均明显降低,木质部导水率显著下降,并伴随叶片气孔导度的显著降低,从而严重抑制了胡杨的光合和生长。     

丛枝菌根真菌对刺槐热值、碳和灰分含量的影响北大核心CSCD

该试验以根内球囊霉(Glomus intraradices)和地表球囊霉(G.versiforme)为接种剂,研究了丛枝菌根真菌对刺槐(Robinia pseudoacacia)生物量、热值、含碳量、灰分、能量积累和碳素积累的影响。结果表明,接种根内球囊霉和地表球囊霉对提高刺槐生物量、热值、能量积累和碳素积累都起到了重要作用。接种根内球囊霉和地表球囊霉后刺槐的总生物量比对照分别增加了89.61%和91.34%,能量积累分别比对照增加102.20%和94.19%,碳素积累分别比对照增加93.30%和77.21%;同时发现刺槐的能量和碳主要分布在根系和叶,而茎中能量和碳所占的比例较小。接种根内球囊霉提高了刺槐的干重热值,其根、茎、叶的干重热值分别比对照增加7.72%、8.94%和8.41%;接种地表球囊霉也显著(p<0.05)提高了刺槐的干重热值,但其效果低于根内球囊霉。接种根内球囊霉显著(p<0.05)提高了刺槐根的含碳量,对茎和叶的含碳量影响不明显。接种根内球囊霉和地表球囊霉都显著(p<0.05)提高了刺槐茎和叶的去灰分热值。     

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.     

胡杨木质部水分传导对盐胁迫的响应与适应

解析植物木质部导水率对逆境的响应和适应对促进植物抗逆性机理研究和受损植被恢复具有重要意义。该文以荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)为研究对象, 系统分析了胡杨幼株根、茎、叶水分传输通道对不同浓度盐胁迫的响应和适应。结果表明: (1)胡杨幼株根系对盐胁迫的敏感性高于茎和叶, 盐胁迫下根系生长和根尖数显著受到抑制, 根木质部易于发生栓塞, 导水率明显降低。(2)胡杨幼株茎木质部导水率对盐胁迫的响应依盐浓度而定, 轻度(0.05 mol·L^-1 NaCl)和中度(0.15 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨可以通过协调导管输水的有效性和安全性来调节木质部的导水率, 维持植物正常生长; 重度(0.30 mol·L^-1 NaCl)盐胁迫下, 胡杨茎木质部导管输水有效性和安全性均明显降低, 木质部导水率显著下降, 并伴随叶片气孔导度的显著降低, 从而严重抑制了胡杨的光合和生长。     

干旱胁迫对连翘幼苗非结构性碳分配和水力特性的影响

为了探究长期干旱胁迫下连翘不同器官的非结构性碳水化合物(NSC)含量与水力特性的协调及响应机制。以连续3年不同水分条件处理后的连翘幼苗为研究对象,设置3个水分处理(适宜供水、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫),研究长期干旱胁迫后连翘幼苗的光合特性、生物量的分配、NSC各组分含量、水力特性的变化及其碳水两者之间的相关关系。结果表明:(1)适宜供水、中度干旱、重度干旱胁迫下,枝条的栓塞程度分别为30.7%、41.8%和42.3%,枝条导水率分别为0.95、0.71、0.65 kg m^-1 s^-1 MPa^-1。(2)重度干旱胁迫显著降低了净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、水分利用效率。(3)重度干旱胁迫导致地上和粗根生物量显著降低,细根生物量和根冠比显著增加。此外,各器官的NSC含量显著降低,其根系NSC消耗量最高,根系的可溶性总糖和淀粉含量显著降低,枝条的可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖含量增加了12.9%、31.1%和45.7%,而淀粉含量降低了40.7%。(4)枝条栓塞程度和导水率与可溶性总糖、淀粉、蔗糖和葡萄糖含量显著相关,其栓塞程度与可溶性总糖、葡萄糖和蔗糖呈正相关,而与淀粉呈负相关(P ＜ 0.01)。综上所述,干旱导致连翘枝条木质部的栓塞程度增加,导水率、光合作用和水分运输效率均显著降低,但连翘通过提高枝条内可溶性总糖、葡萄糖、蔗糖含量和降低淀粉、NSC含量以提高植物在干旱条件下的存活机率及旱后水分恢复能力,研究为半干旱区连翘培育和经营提供理论依据。     

氮肥对风箱果幼苗形态和生理特性的影响

采用盆栽实验的方法,设置4种水平氮肥处理,研究不同氮肥处理对风箱果1年生幼苗的生长表现、生物量积累和分配、光合生理特征、非结构性碳（NSC）积累等的影响。结果表明：施用氮肥促进了风箱果幼苗的地径、分枝数和冠幅的生长,促进了茎、叶和总生物量的积累（P<0.05）,提高了茎的生物量分配比例,减少了根生物量的分配比例;施用氮肥显著提高了净光合速率、叶氮含量、茎中的可溶性糖和NSC的积累（P<0.05）,但减少了根中的可溶性糖和NSC含量（P<0.05）。不同水平氮肥处理间（N1、N2、N3）的大部分指标差异并不显著,说明风箱果幼苗对土壤养分的变化并不敏感。     

杉木幼苗非结构性碳水化合物对遮阴及恢复光照的响应

该研究以盆栽杉木(Cunninghamia lanceolata)幼苗为研究对象,采用遮光率为60%的遮光网进行遮阴处理,以正常光照为对照,遮阴处理30 d后部分杉木幼苗进行20 d的光照恢复处理,测定分析遮阴及恢复光照处理后不同组织/器官的非结构性碳水化合物(NSC)浓度及其分配、以及NSC库的变化,以探讨杉木幼苗在遮阴及恢复光照后的NSC调控机制。结果显示:(1)遮阴能够显著降低杉木幼苗各组织/器官可溶性糖浓度,各组织/器官下降幅度依次为细根(71%)>当年生叶(68%)>一年生叶(58%)>树皮(57%)>木质部(55%)>粗根(45%);遮阴使淀粉浓度的下降程度显著高于可溶性糖,在所有组织/器官中粗根的淀粉浓度下降幅度最低(50%),其次是木质部(72%)细根的淀粉浓度下降最大。(2)遮阴处理使杉木幼苗各组织/器官的NSC浓度下降量均超过50%,但杉木幼苗的存活率依然为100%;遮阴后杉木幼苗的生物量变化无明显差异,但NSC库变小,NSC相对分配改变;遮阴后不同组织/器官的NSC下降程度不一,其中粗根的NSC浓度显著高于细根。(3)恢复光照处理后杉木幼苗各组织/器官的NSC浓度均可恢复到对照水平。研究证明,遮阴环境下杉木幼苗能够主动调节其NSC在各组织/器官的分配使其维持在一定范围,从而提高杉木幼苗对遮阴环境的适应性,而不是以牺牲生长为代价。     

光强对杉木幼苗形态特征和叶片非结构性碳含量的影响

选取南方重要的造林树种杉木(Cunninghamia lanceolata(Lamb.)Hook)幼苗为研究对象,通过搭建遮荫棚设置5个光照强度(分别为自然光照的100%、60%、40%、15%和5%),研究了幼苗在不同光照强度下的生长形态、生物量积累及分配、叶片的非结构性碳含量(NSC)特征。结果显示:(1)叶长、叶宽和叶面积在40%光照强度下最大,而比叶面积和叶片相对含水量随着光照强度的降低呈递增趋势;(2)随着光照强度的降低,杉木幼苗各器官生物量下降,根生物量比和根冠比降低,茎和叶生物量比增加;(3)杉木幼苗在60%光照强度下叶片非结构性碳含量最高,5%光照强度下含量最低;(4)杉木幼苗比叶面积与叶生物量以及与非结构性碳含量之间存在极显著的负相关关系(P0.01),叶生物量与非结构性碳含量之间存在极显著的正相关关系(P0.01)。杉木幼苗能够通过形态学上的可塑性来适应不同的光强环境,提高光竞争能力和生存适合度,但在5%光照强度下,由于较难维持碳收支平衡而不利于其生长和存活。     

Hydraulic properties of rice and the response of gas exchange to water stress

We investigated the role of xylem cavitation, plant hydraulic conductance, and root pressure in the response of rice (Oryza sativa) gas exchange to water stress. In the field (Philippines), the percentage loss of xylem conductivity (PLC) from cavitation exceeded 60% in leaves even in watered controls. The PLC versus leaf water potential relationship indicated diurnal refilling of cavitated xylem. The leaf water potential causing 50 PLC (P(50)) was -1.6 MPa and did not differ between upland versus lowland rice varieties. Greenhouse-grown varieties (Utah) were more resistant to cavitation with a 50 PLC of -1.9 MPa but also showed no difference between varieties. Six-day droughts caused concomitant reductions in leaf-specific photosynthetic rate, leaf diffusive conductance, and soil-leaf hydraulic conductance that were associated with cavitation-inducing water potentials and the disappearance of nightly root pressure. The return of root pressure after drought was associated with the complete recovery of leaf diffusive conductance, leaf-specific photosynthetic rate, and soil-leaf hydraulic conductance. Root pressure after the 6-d drought (61.2 +/- 8.8 kPa) was stimulated 7-fold compared with well-watered plants before drought (8.5 +/- 3.8 kPa). The results indicate: (a) that xylem cavitation plays a major role in the reduction of plant hydraulic conductance during drought, and (b) that rice can readily reverse cavitation, possibly aided by nocturnal root pressure.     

Moving beyond the cambium necrosis hypothesis of post-fire tree mortality: cavitation and deformation of xylem in forest fires

? It is widely assumed that post-fire tree mortality results from necrosis of phloem and vascular cambium in stems, despite strong evidence that reduced xylem conductivity also plays an important role. ? In this study, experiments with Populus balsamifera were used to demonstrate two mechanisms by which heat reduces the hydraulic conductivity of xylem: air seed cavitation and conduit wall deformation. Heat effects on air seed cavitation were quantified using air injection experiments that isolate potential temperature-dependent changes in sap surface tension and pit membrane pore diameters. Heat effects on conduit wall structure were demonstrated using air conductivity measurements and light microscopy. ? Heating increased vulnerability to cavitation because sap surface tension varies inversely with temperature. Heating did not affect cavitation via changes in pit membrane pore diameters, but did cause significant reductions in xylem air conductivity that were associated with deformation of conduit walls (probably resulting from thermal softening of viscoelastic cell wall polymers). ? Additional work is required to understand the relative roles of cavitation and deformation in the reduction of xylem conductivity, and how reduced xylem conductivity in roots, stems, and branches correlates and interacts with foliage and root necroses to cause tree mortality. Future research should also examine how heat necrosis of ray parenchyma cells affects refilling of embolisms that occur during and after the fire event.     

Diurnal cycles of embolism formation and repair in petioles of grapevine (Vitis vinifera cv. Chasselas)

The impact of water deficit on stomatal conductance (g(s)), petiole hydraulic conductance (K(petiole)), and vulnerability to cavitation (PLC, percentage loss of hydraulic conductivity) in leaf petioles has been observed on field-grown vines (Vitis vinifera L. cv. Chasselas). Petioles were highly vulnerable to cavitation, with a 50% loss of hydraulic conductivity at a stem xylem water potential (Ψ(x)) of -0.95?MPa, and up to 90% loss of conductivity at a Ψ(x) of -1.5?MPa. K(petiole) described a daily cycle, decreasing during the day as water stress and evapotranspiration increased, then rising again in the early evening up to the previous morning's K(petiole) levels. In water-stressed vines, PLC increased sharply during the daytime and reached maximum values (70-90%) in the middle of the afternoon. Embolism repair occurred in petioles from the end of the day through the night. Indeed, PLC decreased in darkness in water-stressed vines. PLC variation in irrigated plants showed the same tendency, but with a smaller amplitude. The Chasselas cultivar appears to develop hydraulic segmentation, in which petiole cavitation plays an important role as a 'hydraulic fuse', thereby limiting leaf transpiration and the propagation of embolism and preserving the integrity of other organs (shoots and roots) during water stress. In the present study, progressive stomatal closure responded to a decrease in K(petiole) and an increase in cavitation events. Almost total closure of stomata (90%) was measured when PLC in petioles reached >90%.     

极端干旱环境下的胡杨木质部水力特征

胡杨作为我国西北干旱区重要的乔木树种,研究其木质部水力特征对了解此树种适应极端干旱环境的生物学背景具有较重要的意义。本研究以塔里木河下游的胡杨成株和2年生胡杨幼苗为研究材料,对其木质部最大导水能力（ks(max)）和自然栓塞程度（PLC）等木质部水力特征及其水力特征有关的木质部导管(或管饱)数量特征进行研究。结果表明,成株胡杨多年生枝条和侧根（2≤d<5 mm）木质部自然栓塞程度均较高,PLC均值高于50%,其中多年生枝条栓塞程度具有一定的日变化规律,清晨的PLC均值（58%）小于正午的（67%）;河道边上成株胡杨侧根的均ks(max)和PLC均值都小于距河道200 m处的。随着土壤干旱程度的加剧,幼苗胡杨侧根的自然栓塞程度随之增加,而叶片气孔导度随之降低,土壤含水率与侧根自然栓塞程度,叶片气孔导度之间分别存在显著负相关关系（R =-0.9、R =-0.811）。在统一直径范围内(2≤d<5 mm),成株胡杨侧根均导管直径（dmean）和水力直径均大于（d95%、dh）胡杨幼苗,而导管密度胡杨幼苗高于成株胡杨;胡杨侧根木质部最大导水能力与均导管直径、水力直径之间具有显著正相关关系（R>0.9）.     

栓皮栎根系解剖结构、水力特性及碳、氮含量研究

为阐明栓皮栎根系随径级的变化规律,探究其细根的合理划分标准。以1年生栓皮栎幼苗为研究对象,将其根系分为1、1～2、2～3、3～4 mm四个径级,分别制作石蜡切片观察解剖结构,比较木质部水力特性,测定碳氮含量及其比值,并采用主成分法对根系进行分类。结果表明:(1)随着径级增加,栓皮栎根系周皮、韧皮部和形成层组织厚度增加而占径比降低,木质部直径及其占径比均增加。(2)直径2 mm以上的栓皮栎根系木质部平均最大和最小导管直径、根比导水率和栓塞脆弱性指数增加显著; 而导管密度显著下降,导管面积与木质部面积之比变化不显著。(3)直径2 mm以上栓皮栎根系碳含量表现出显著增加,随着径级增加,根系氮含量下降、碳氮比升高。(4)主成分分析表明,13项根系结构和元素含量指标降维后,前2个主分量方差贡献率达62%,PCA双序轴显示栓皮栎根系可划分为2 mm以下的吸收根群和2 mm以上的运输根群。综上认为,以2 mm作为栓皮栎细根划分的标准兼顾了形态和功能的特点,更具有准确性。     

植物干旱胁迫下水分代谢、碳饥饿与死亡机理

植物在生长发育过程中受众多环境因子共同作用。随着全球气候变化,气温升高、降水量下降等问题频繁出现。目前气象学家一致预测未来环境变暖会使干旱更加频繁剧烈,这一环境改变使植物死亡更加严重。植物在水分胁迫、特别是干旱胁迫条件下,体内水分代谢与碳代谢会发生失衡现象:光合速率降低、蒸腾速率降低,带来生长降低;为维持植物新陈代谢,植物呼吸作用必然下调。在长期干旱胁迫条件下植物体内碳水化合物储存发生失衡现象,这种失衡使植物陷入碳饥饿现象。另外,由于水分失衡而出现的木质部栓塞和空穴会进一步加剧水分运输障碍,而修复空穴则需要大量非结构性碳水化合物(NSC),这使植物陷入两难选择。总结了植物干旱胁迫下,碳饥饿与水分代谢、植物死亡关系的相关研究,对未来的研究方向和重点提出建议,以期对未来的植物死亡研究提供帮助。     

树木高生长限制的几个假说

树木生长到一定年龄后高生长停滞,对这一现象的解释存在很多争议.成熟假说认为树木顶端分生组织分裂活性下降导致树木高生长减慢.营养限制假说认为土壤中营养元素(特别是氮素)在植物活体或枯落物中积累使土壤中可利用的养分含量降低,细根生物量增加和叶片光合能力下降导致了地上部分生长的减缓.呼吸假说认为边材呼吸消耗随个体发育的增加使投入到高生长的碳减少.水力限制假说认为水分运输阻力随高度增加而增加导致了叶片总光合碳同化下降,分配到高生长的生物量减少.树木发展假说认为植物用多种调节机制克服随个体发育增加的水力阻力,包括叶片结构和生理特征的变化,叶/边材面积比降低,边材渗透性和树干储水能力的增加等.水力限制假说得到了较多的关注,对不同高度树木的叶比导率、光合特征和树干生长量等测定结果支持这一假说.但对这一假说也存在很多的争议,主要表现在:水力阻力是否确实随高度的增加而增加,水力阻力的分布,补偿机制的作用和生物量分配转变等.本文综述了树木高生长限制的4个假说以及争论的焦点,并总结了目前研究的热点问题和今后的研究方向.