CO2浓度和温度升高对红桦根际微生物的影响

应用自控、封闭、独立的生长室系统,研究升高的大气CO2浓度(环境CO2浓度 350(±25)μmol.mol-1,EC)和温度(环境温度 2.0(±0.5)℃,ET)及其交互作用(ECT)对不同栽植密度条件下红桦根际土壤可培养微生物数量的影响。结果表明:(1)EC显著增加了高密度条件下根际细菌数量;在整个生长季中,最大的根际细菌数量增加出现在7月份;而EC对低密度处理的根际细菌数量影响不显著。除了5月和6月份,ET在其余月份均显著增加了根际细菌数量,但是与密度处理没有有意义的相关;ECT对高低密度处理的根际细菌数量均未产生有统计意义的影响。(2)EC对低密度条件下的根际放线菌数量有显著增加,而对高密度条件下的根际放线菌数量无显著影响;ET和ECT对高低密度条件下的根际放线菌数量均未产生有统计意义的影响。(3)EC和ET对高低密度条件下的根际真菌数量无显著增加,而ECT显著增加了根际真菌数量。     

大气CO2浓度升高和Cd污染耦合对刺槐幼苗根微域土壤酚酸积累的影响

根微域土壤酚酸类化合物主要来源于植物根系的分泌和枯枝落叶及土壤腐殖质分解等,对土壤有机及有机无机复合胶体的形成和稳定、重金属的活化和运移、微生物生长代谢等具有重要作用.本研究以刺槐幼苗为材料,探讨了连续135天大气CO2浓度升高[(750±31)μmol·L-1]与Cd污染(0、0.45和4.5 mg·kg-1干土)耦...     

冬小麦旺盛生长期间CO2浓度升高对根际呼吸的影响

依托FACE（free air carbon dioxide enrichment）技术平台,利用阻断根法,采用H6400红外气体分析仪（IRGA）-田间原位测定的方法,研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥水平对水稻／小麦轮作制中冬小麦旺盛生长期间根际呼吸的影响。结果表明,在整个测定期间,大气CO2浓度升高增强了根际呼吸速率,提高了根际呼吸排放量。在高N和低N处理中,高CO2浓度下的根际呼吸总排放量分别比Ambient极显著增加117．0％和90．8％。根际呼吸速率在孕穗初期达到最大值;使根际呼吸在土壤呼吸中的比重由24．5％（LN）～26．7（HN）提高到39．8％（LN）～47．1％（HN）。CO2浓度升高与氮肥用量对根际呼吸产生交互效应。表明大气CO2浓度升高将加快土壤向大气的CO2排放,结果将有助于评价未来高CO2浓度背景下农田生态系统土壤碳的固定潜力。     

根表铁锰氧化物胶膜对不同品种水稻吸镉的影响

采用土培方法,研究了不同品种水稻吸镉的差异及其与根表铁锰氧化物胶膜的关系,结果表明：不同品种水稻其根膜,根部及地上部含镉量均存在显著性差异,且镉在不同水稻植株体内运输转移能力不同,不同水稻其根表淀积的铁锰氧化物数量也存在显著性差异,根膜及地上部的含镉量与极膜的含铁量均未达到显著性相关,但与根膜的含锰量相关性显著。     

有机酸对苗期水稻吸收和运输镉的影响

采用营养液培养法,研究了水(对照)、柠檬酸、苹果酸和乙二胺四乙酸(EDTA)4个处理对不同品种水稻幼苗吸收和转运Cd的影响及其对根中Cd的解析作用。结果表明:与对照相比,EDTA的添加明显抑制了水稻根部对Cd的吸收,使水稻幼苗地上部和根中Cd的含量分别降低了90%和96%;但促进了Cd向地上部的运输,地上部Cd量占总吸收量的43.0%~55.9%(对照组为20.0%~32.2%)。而柠檬酸和苹果酸的添加对水稻根系吸收和运输Cd的影响较弱。3种有机酸对不同水稻品种Cd吸收的影响趋势一致。解析试验的结果表明,EDTA对根中的Cd具有较强的解吸能力,而柠檬酸和苹果酸相对较弱。     

亚高山林线优势种形态结构和竞争力对CO2浓度和温度升高的响应

利用封顶式生长室模拟未来变化的气候条件,研究了亚高山林线优势物种岷江冷杉(Abies faxoniana)和4种草本植物形态与竞争指标对CO2浓度和温度升高的响应.结果表明:处理2个生长季后,高CO2浓度条件下,岷江冷杉冠体积增加42％,比叶面积、比冠体积和比根长分别增加17％、65％和19％;温度升高使岷江冷杉冠形更纵向生长,冠体积增加22％,根冠比和比根长均比对照增加17％;二者同时升高使岷江冷杉冠体积增加79％,比叶面积、比冠体积和比根长分别增加17％、197％和18％.CO2浓度升高处理下糙野青茅(Deyeuxia scabrescen)的株高、基茎和每株叶片数增加,但比叶面积降低;甘肃苔草(Carexkansuensis)、东方草莓(Fragaria orientali)和紫花碎米荠(Cardamine tangutorum)的各项指标变化与青茅相反.温度升高下青茅、苔草、草莓株高、基茎和根冠比下降.二者同时升高条件下4种草本植物的基茎和每株叶片数增加,但比叶面积和根冠比降低.这表明,在CO2浓度和温度升高处理下,岷江冷杉形成有利于生长的冠层结构且单位质量的竞争力增加,而4种草本植物的形态结构和竞争力均受到不同程度的负面影响.     

污染稻田水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理

Cd污染稻田通过长期淹水灌溉能显著降低稻米中Cd含量。利用Cd污染水稻土的盆栽试验,结合水稻根表氧化铁膜特征的分析,研究了不同水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理。结果表明,随着稻田淹水程度(时间和水量)的提高,水稻根表氧化铁膜所吸附的还原态Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)显著增加,潮泥田和黄泥田长期淹水灌溉处理的水稻根膜中的Fe(Ⅱ)分别比湿润灌溉处理增加了12.6倍(p<0.01)和8.5倍(p<0.01);不同水分管理的水稻根膜氧化铁(Fe(Ⅲ))含量的变化与根膜Fe(Ⅱ)表现极显著的相关性,但两者均与水稻根膜Cd呈极显著的负相关,其中,2种土壤长期淹水的水稻根膜Fe(Ⅲ)分别比湿润灌溉增加了1.5倍(p<0.01)和1.0倍(p<0.01),根膜吸附的Cd含量分别较湿润灌溉降低了77.9%(p<0.01)和50.3%(p<0.01);长期淹水处理导致水稻根系、茎叶、糙米中的Cd含量均极显著低于相应的湿润灌溉处理,2种土壤长期淹水的糙米平均Cd含量比间歇灌溉的下降了41.3%,比湿润灌溉的下降了70.7%(p<0.01);不同水分管理的水稻糙米Cd含量与根膜Cd含量呈极显著正相关,与根膜Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)呈极显著负相关。综合分析认为,Cd污染酸性稻田在长期淹水的还原条件下Fe2 等金属离子与Cd2 的竞争吸附作用以及S2-和Cd2 的共沉淀作用加强,因而使得土壤中Cd的生物有效性明显降低。     

大气CO2浓度升高对土壤微生物的影响

自人类进入工业化时代以来,由于化石燃料的燃烧和森林的大面积破坏,大气中ＣＯ２的浓度已由工业革命以前的２８０μｌ·Ｌ－１增加到现在的３５０μｌ·Ｌ－１,仅从１９５７年至今的几十年间,大气中ＣＯ２的浓度就增加了２０％,预计到下个世纪下半叶,大气中ＣＯ２的...     

不同耐性水稻幼苗根系对镉胁迫的形态及生理响应

采用水培试验,以两个耐镉性不同的水稻品种为材料,研究了不同浓度镉胁迫对水稻幼苗根系形态、根系活力、游离脯氨酸含量及抗氧化酶活性的影响。结果表明:低于5 μmol/L Cd胁迫对2个水稻品种总根长、根表面积、根体积、根干重、根系活力无明显影响,在1 μmol/L Cd时,甚至起促进作用。随Cd浓度增加表现出一定的抑制效应,秀水63在10 μmol/L Cd胁迫下根系形态、根系活力明显受到抑制,而秀水09在25 μmol/L Cd胁迫下明显受抑。随Cd胁迫浓度的增加,游离脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性均呈上升趋势,两品种相比,秀水09的游离脯氨酸含量、SOD和POD增幅大于秀水63,而MDA含量增幅小于秀水63;过氧化氢酶(CAT)活性变化表现为先上升后下降,10-100 μmol/L Cd胁迫下秀水63根系中CAT活性明显低于秀水09。总之,水稻对Cd毒害响应存在明显的品种差异,且Cd胁迫下根系生理响应的差异是品种间耐性差异的重要原因之一。     

镉胁迫下杞柳对金属元素的吸收及其根系形态构型特征

采用水培方法,研究了杞柳(Salix integra)2个品种在0-90 μmol/L Cd处理下不同组织对Cd的吸收和积累规律,探讨了镉胁迫下杞柳根系形态学功能响应特征以及对矿质离子吸收的影响。结果发现,镉在杞柳2个品种不同组织的含量均表现为根>韧皮部>木质部>叶。2个品种地上部组织对镉的吸收和积累规律相似:在0-70 μmol/L Cd处理浓度范围内,随着溶液Cd浓度的增加,叶、木质部、韧皮部中镉的含量逐渐增加,到50 μmol/L时,镉在地上部组织的含量达到最高,当Cd处理浓度达90 μmol/L时,地上部各组织中Cd含量出现下降趋势。而2个品种根系对Cd的吸收则不同,"微山湖"品种在溶液Cd达70 μmol/L时,根系镉的积累量最大,在90 μmol/L时,根系Cd的积累量明显下降;"一枝笔"品种根系在0-90 μmol/L范围内,根系Cd的积累量均为增加趋势。通过分析2个品种根系形态学参数变化发现,Cd胁迫抑制了杞柳2个品种根的伸长,促进了"微山湖"品种根的径向生长,导致根系平均直径增加;进一步对叶片矿质营养状态分析发现, Ca、Mn的吸收受镉胁迫的影响较大,在高浓度镉胁迫下(50-70 μmol/L)"微山湖"和"一枝笔"对Ca和Mn的吸收明显下降;Cd胁迫对Fe在叶片的含量影响不明显;同时发现,在50 μmol/L Cd处理下,Cu²⁺在叶片的积累明显增加。由此可见,杞柳2个品种间对镉的吸收和积累差异主要体现在根系,地上部对镉毒害的响应差异不大。     

大气CO2浓度升高对植物根系的影响

植物长期生长在CO2浓度不断升高的环境中,其结构和功能都将受到影响,这种影响不仅表现在植物的地上部分,同时也表现在植物的地下部分(根系),尤其是细根的长度、直径、产量、周转以及根与枝的分配模式等方面。植物根系结构和功能的改变影响植物地上部分和生态系统物质循环中的碳动态及土壤中碳库的变化。目前有关大气CO2浓度升高对根系动态影响的研究报道主要包括大气CO2浓度升高对根系结构(直径、分枝、长度、数量等)和根系生理(周转率、产量、碳分配模式等)的影响2个方面。目前,该领域研究还存在一些不足,例如在CO2浓度升高条件下,对植物根系内部的调控机制,以及由其引起的物质循环和能量流动的动态变化的了解较少;至今没有令人信服的证据说明大气CO2浓度升高使根系周转升高还是降低。今后应加强研究在CO2浓度升高条件下根系的周转变化和光合产物分配模式变化,CO2浓度升高和外界环境因素的共同作用对根系的影响,以及采用不同研究方法和研究对象在不同立地条件下开展升高CO2浓度对根系影响的对比研究等。     

水稻根表铁膜吸附镉及植株吸收镉的动态

采用营养液培养法研究了Cd处理时间对有铁膜和无铁膜水稻根表吸附Cd及植株吸收Cd动态变化的影响.水稻根表铁膜由50 mg·L^-1 Fe^2＋（Fe₅₀）诱导形成.供试植株在含10 μmol·L^-1Cd的营养液中生长不同时间后收获.结果表明, 随Cd处理时间的延长,无铁膜和有铁膜处理水稻根表DCB-Cd含量均为先增加后减少,Cd处理2 h达到最高,之后逐渐下降并趋于稳定. 根系和地上部Cd含量均持续上升,Cd处理8 h前增加缓慢,8 h后增加幅度加大.有铁膜水稻根系和地上部Cd含量增加幅度均低于无铁膜水稻.有铁膜处理DCB-Cd含量、根系和地上部Cd含量均低于无铁膜处理.表明铁膜不影响水稻各部分Cd含量随时间的变化趋势;不同Fe处理之间根系和地上部Cd含量的差异可能与根系含Fe量有关.     

阴晴天条件下高CO_2浓度对杂交稻光合作用影响的FACE研究

光和二氧化碳(CO_2)是绿色植物光合作用的两个基本条件.为了明确不同光照条件下,高CO_2浓度对不同杂交水稻光合特性的影响,2017年利用稻田大型FACE平台,以‘Y两优900’和‘甬优538’为供试材料,设置环境CO_2和高CO_2浓度(增200μmol·mol^-1)两个水平,分别在拔节期和灌浆期同时测定阴、晴天气条件下顶部全展叶光合特性参数.结果表明:高CO_2浓度使不同天气情况下两品种叶片的净同化率(P_n)均呈增加趋势,其中晴天条件下的增幅(31%)大于阴天(25%),拔节期的增幅(37%)大于灌浆期(21%),CO_2与天气、CO_2与生育期均存在显著的互作效应.叶片水分利用效率(WUE)对高CO_2浓度的响应趋势与P_n一致.高CO_2浓度环境下叶片气孔导度(g_s)、蒸腾速率(T_r)均呈下降趋势,晴天条件下的降幅略大于阴天.与晴天相比,阴天条件下叶片P_n、g_s、T_r、WUE和L_s平均分别下降41%、18%、41%、26%和27%,差异均达显著或极显著水平.相关分析表明,晴天P_n、g_s、T_r均与阴天时的参数呈极显著正相关关系.表明阴天使水稻生育中、后期叶片光合参数及其对高CO_2浓度的响应均大幅降低,且两品种表现一致.评估未来水稻产量潜力需要考虑天气条件.     

硒对镉胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响

采用溶液培养 ,研究不同浓度的硒和镉处理对稻苗的株高、叶片干重、叶绿素、还原糖、叶片丙二醛含量以及保护酶 SOD、POD、CAT活性的影响。结果表明 ,镉胁迫下稻苗矮化 ,镉毒害使叶片失绿 ,干重降低 ,还原糖含量下降 ,叶片 MDA含量增加 ,POD活性增强 ,而 SOD、CAT活性降低 ;硒可减轻镉对水稻的毒害 ,表现为 :减轻镉胁迫对株高增加的抑制 ,提高叶绿素含量 ,增加叶片干物质积累 ,提高叶片还原糖含量 (Cd0 .5 mg/ L加 Se 0 .1 0～ 0 .5 0 mg/ L例外 ) ,降低 MDA含量与 POD活性 ,提高 SOD、CAT活性     

Effect of elevated CO2 concentration on photosynthetic characteristics of hyperaccumulator Sedum alfredii under cadmium stress

The combined effects of elevated CO_2 and cadmium(Cd) on photosynthetic rate,chlorophyll fluorescence and Cd accumulation in hyperaccumulator Sedum alfredii Hance were investigated to predict plant growth under Cd stress with rising atmospheric CO_2 concentration.Both pot and hydroponic experiments were conducted and the plants were grown under ambient(350 μL L~(-1)) or elevated(800 μL L~(-1))CO_2.Elevated CO_2 significantly(P 0.05) increased Pn(105%-149%),Pn_(max)(38.8%-63.0%) and AQY(20.0%-34.8%) of S.alfredii in all the Cd treatments,but reduced chlorophyll concentration,dark respiration and photorespiration.After 10 days growth in medium with 50μM Cd under elevated CO_2,PSII activities were significantly enhanced(P 0.05) with Pm,Fv/Fm,Φ(Ⅱ) and qP increased by 66.1%,7.5%,19.5%and 16.4%,respectively,as compared with ambient-grown plants.Total Cd uptake in shoot of S.alfredii grown under elevated CO_2 was increased by 44.1%-48.5%,which was positively correlated with the increase in Pn.These results indicate that elevated CO_2 promoted the growth of 5.alfredii due to increased photosynthetic carbon uptake rate and photosynthetic lightuse efficiency,and showed great potential to improve the phytoextraction of Cd by S.alfredii.     

低温潜沼性逆境下不同耐受能力水稻根系动态变化

水稻根系生长分布与地上部生长及产量形成密切相关,定量研究低温潜沼性逆境下水稻根系分布特征对改进稻田管理方式及耐潜品种的选育等具有重要意义。以4个耐潜等级的8个水稻品种为实验材料,在水稻栽培环境模拟系统中连续栽植3年(2012—2014年),研究水稻根系在低温潜沼性逆境下的动态变化规律和分布规律,明确低温潜沼性逆境下水稻根系变化与产量构成的关系。结果表明:1)低温潜沼性逆境下水稻根系长度和数量的M值(绝对变化率)均大于0,P值(相对变化率)均小于0。表明,低温潜沼性逆境下水稻根系仍有一定增长,但与非低温潜沼性逆境相比,根系长度和数量均显著降低,降低程度因品种耐潜等级的高低而不同,耐潜指数高的品种(泸优5号和C优130)降低程度显著低于耐潜指数低的品种(川谷优204和协优027)。2)低温潜沼性逆境对0—10 cm土层根系的影响在5月底6月初最大;对10—30 cm土层根系的影响在6月底最大;对30—50 cm土层根系的影响在6月30日前后最大。3)低温潜沼性逆境下,水稻孕穗-抽穗期根系长度和数量与穗粒数、实粒数、结实率、产量之间呈显著正相关;与单株有效穗数和千粒重呈显著负相关,根系长度和数量的M值与P值,尤其是白根长度和数量的M值与P值可作为一个水稻耐潜能力评价指标进行考虑。4)低温潜沼性逆境下,不同土层水稻根系与产量构成因素间的相关性不同。0—10 cm土层根系长度和数量与有效分蘖数呈显著负相关;10—20 cm土层白根长度和数量与结实率呈显著正相关;30—50 cm土层根系长度和数量与着粒数呈显著正相关。     

根分泌物对根际难溶性镉的活化作用及对水稻吸收、运输镉的影响

采用人工控制光温条件的蛭石－营养液相结合的培养方法,对根分泌物活化难溶性硫化镉以及对水稻吸收、运输镉的影响进行了研究。结果表明,缺铁水稻根分泌物和缺铁小麦根分泌匀能活化水稻根际的难溶性镉（ＣｄＳ）,促进了水稻对这部分镉的吸收和运输;但二者的活化强度不同,缺铁小麦根分泌物对镉的活化作用较缺铁水稻根分泌物强。