珍稀植物连香树在其中国分布区北缘的种子性状及幼苗更新限制

连香树(Cercidiphyllum japonicum)是第三纪孑遗植物, 存在严重的幼苗更新限制。为验证生活史早期(种子萌发)限制中国分布区北缘连香树种群幼苗更新, 并探讨其主要成因, 本研究在秦岭和太行山脉采集不同种源地的种子, 测定其形态性状、营养元素含量和质量、不同贮存时间的活力及不同温度条件下的萌发性状, 通过方差分析、相关分析等方法对不同种源地的种子性状进行分析。结果表明: 在中国分布区北缘, 其种子长度(P < 0.001)、萌发率(P < 0.001)、平均萌发时间(P < 0.001)、氮(P < 0.05)和磷含量(P < 0.001)在不同种源间存在显著差异; 而在区域尺度上(秦岭与太行山), 仅种子碳含量存在显著差异(P < 0.01)。天水种群的种子萌发率最高(21.77%), 平均萌发时间最长(11.12 d); 栾川的萌发率最低(1.38%), 平均萌发时间最短(3.47 d)。在25℃条件下, 济源种群的种子萌发率显著高于10℃、15℃和20℃条件下(P < 0.05), 而其他种源地的萌发率在不同温度条件下无显著差异。在4个温度条件下, 栾川种群种子的初始萌发时间无显著差异, 而其他4个种源地的初始萌发时间都随温度升高而缩短。相关分析结果表明, 种子萌发率与种子活力密切相关, 而种子活力与种子质量、种子的氮和磷含量显著相关。在中国分布区北缘, 连香树种子的自身属性(质量、氮和磷含量)通过影响种子活力间接影响萌发率; 且种子萌发对温度的响应主要表现在萌发时间上。本研究证实种子萌发是限制连香树种群幼苗更新的关键阶段, 主要原因如下: (1)连香树种子在9月成熟后, 10月的温度仍适宜种子萌发, 但较短生长期的幼苗在冬季低温下不能存活; (2)连香树种子萌发率低(14.4%); (3)第二年春天种子活力骤降。     

土地流转背景下不同经营规模青田稻鱼共生系统的环境影响差异——基于碳足迹的实证研究

在快速工业化和城镇化的影响下,农业文化遗产的保护与管理正面临着适龄劳动力大量外流、土地抛荒、传统知识体系难以维持等诸多威胁与挑战。推动土地流转、进行适度规模经营,可在农业文化遗产的保护中产生积极作用。土地流转在给遗产地带来经济效益的同时,对当地生态环境产生的影响变化同样值得关注,但现有研究却少有涉及。本研究以全球重要农业文化遗产——浙江青田稻鱼共生系统为例,将不同经营规模的稻鱼共生系统分为小农户经营模式和规模化经营模式,运用生命周期法对两种模式的碳足迹进行核算。结果表明: 小农户经营模式和规模化经营模式的碳足迹分别为6510.80和5917.00 kg CO₂-eq·hm^-2,单位产值碳足迹分别为0.13和0.10 kg CO₂-eq·yuan^-1。与小农户经营模式相比,规模化经营模式温室气体排放更少,单位产值的环境影响更小。农户扩大经营规模后,当地温室气体排放减少了4097.20 kg CO₂-eq。农业生产过程中积累的CH₄在碳足迹中占比最大,农业生产资料中复合肥是仅次于CH₄的第二大温室气体排放来源。对于小农户经营模式,饲料中使用的玉米和小麦也对温室气体排放有重要的影响。因此,推动土地适度规模经营,有利于传统农业系统实现经济效益和环境效益的双赢,对于农业文化遗产保护具有重要作用。     

油菜对3种作物种子萌发和幼苗生长的化感作用

油菜是我国重要的绿肥作物,除增加土壤肥力外,对后茬作物也有一定的化感作用。本文研究了不同浓度油菜浸提液(0.025、0.05和0.1 g·mL^-1)对3种作物(燕麦、玉米和向日葵)种子萌发、幼苗生长及生理生化的影响。结果表明: 油菜浸提液对3种作物种子发芽率的影响不显著,但对燕麦有“低促高抑”的趋势,对向日葵有抑制的趋势。油菜浸提液高浓度处理对燕麦幼苗根和茎长、玉米幼苗茎长以及向日葵幼苗根长起抑制作用,低浓度处理对玉米幼苗根茎长起促进作用。燕麦和向日葵幼苗在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时蛋白质含量最大,玉米在0.025 g·mL^-1时蛋白质含量最大,显著高于对照。3个浓度下,向日葵脯氨酸含量均显著降低,玉米脯氨酸含量在浓度为0.05 g·mL^-1时显著高于对照。玉米过氧化物酶(POD)活性在浸提液浓度为0.05 g·mL^-1时最大,向日葵POD活性在浓度为0.025 g·mL^-1时最大,与对照有显著差异,其余浓度处理与对照无显著差异。油菜浸提液浓度为0.025 g·mL^-1时显著降低了燕麦超氧化物歧化酶(SOD)活性,3种作物幼苗过氧化氢酶(CAT)活性与对照均无显著差异。加入油菜浸提液后,向日葵幼苗丙二醛(MDA)含量在浓度为0.1 g·mL^-1时显著增加,玉米幼苗MDA含量在不同浓度处理下均显著低于对照。综合分析,油菜浸提液对向日葵的化感抑制作用最强,其次为玉米、燕麦。     

外来红树植物拉关木对乡土种桐花树和正红树的化感作用研究

为了探究外来红树植物拉关木对乡土红树植物的化感作用,该研究观察了不同浓度(0.1、0.3、0.5g·mL~(-1))的拉关木根、叶水浸提液对乡土红树植物桐花树和正红树的胚轴(种子)萌发、幼苗生长及叶片抗氧化酶活性的影响。结果表明:(1)拉关木水浸提液对桐花树种子的成苗率、萌发指数和根长均存在抑制作用,其中对根长的抑制作用随水浸提液浓度的提高而增强。(2)根水浸提液对桐花树幼苗的根长、苗高、生物量等生长指标的影响总体上均表现为低浓度促进,高浓度抑制。(3)拉关木水浸提液对正红树胚轴的萌发率、萌发指数、生长指标均表现为促进作用,且根水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的芽长以及根、叶水浸提液0.1、0.3 g·mL~(-1)处理组的生物量显著大于对照组;拉关木水浸提液对正红树幼苗的生物量也表现为促进作用。(4)抗性生理方面,随着拉关木水浸提液浓度的升高,桐花树和正红树幼苗SOD活性降低,正红树幼苗POD活性在根水浸提液0.3 g·mL~(-1)和叶水浸提液0.1 g·mL~(-1)处理组显著高于对照组。以上结果表明,不同乡土植物对拉关木化感作用的敏感性不同,拉关木水浸提液抑制了桐花树的生长,而对正红树的生长则表现出一定程度的促进作用。     

内共生菌Rickettsia对烟粉虱生物学特性的影响

【目的】阐明次生共生菌Rickettsia对烟粉虱生物学特性的影响。【方法】Rickettsia阳性(B~+)和阴性(B~–)的烟粉虱在Rickettsia阳性棉花(C~+)和阴性棉花(C~–)上取食15 d,调查不同处理组烟粉虱的单雌产卵量、发育历期、存活率、成虫寿命以及F_1代雌雄比。【结果】(1)Rickettsia与烟粉虱共生可显著缩短烟粉虱的发育历期,B~+C~+及B~+C~–两处理组烟粉虱卵-成虫的世代发育历期均短于B~–C~+及B~–C~–两处理组。(2)Rickettsia可以提高烟粉虱各龄期的存活率,B~+C~+、B~+C~–、B~–C~+、B~–C~–各处理组烟粉虱世代存活率依次呈下降趋势。(3)Rickettsia对烟粉虱种群的雌雄比也有重要的影响,B~–C~+和B~–C~–处理组中烟粉虱种群雌性比显著小于B~+C~+和B~+C~–烟粉虱处理组。(4)Rickettsia可以影响烟粉虱成虫的寿命及繁殖力,Rickettsia阳性烟粉虱处理组成虫寿命及平均单雌产卵量显著高于阴性处理组。【结论】Rickettsia与烟粉虱共生以及Rickettsia在棉花植株中的存留对烟粉虱的发育、存活以及成虫雌性比、寿命和繁殖力都有有利影响,且Rickettsia与烟粉虱共生时对烟粉虱的影响力度要明显强于Rickettsia存留于棉花植株中时对烟粉虱产生的影响。     

既主内政, 又辖外交——以PHR为中心的基因网络调控植物-菌根真菌的共生

磷是植物生长发育必需的大量矿质营养元素, 但自然界大部分土壤都存在严重缺磷的问题。为了适应这一营养逆境, 植物演化出一系列低磷胁迫应答反应。通过改变基因的转录水平调控低磷胁迫应答反应, 而转录因子PHR1在调控植物对低磷胁迫的转录响应中起关键作用。此外, 大部分陆生植物还能与丛枝菌根真菌建立共生关系, 通过丛枝菌根真菌更有效地从土壤中获取磷元素。最近, 中国科学院分子植物科学卓越创新中心王二涛研究组发现, 以PHR为中心的转录调控网络控制植物-丛枝菌根真菌共生的建立。因此, PHR不但在维持植物细胞自身的磷稳态中发挥作用, 而且参与植物与外界微生物的相互作用, 为植物有效地从环境中获得磷元素提供了另外一条途径。     

刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

雪腐核盘菌菌核的萌发条件与致死温度

菌核是核盘菌Sclerotinia spp.在土壤中的主要存活形式和菌核病的主要初侵染源,在土壤中可存活8年以上,其数量和存活状况直接影响着菌核病的发生和危害程度。本研究以雪腐核盘菌Sclerotinia nivalis菌株SS-TB为材料,分析了菌核萌发的影响因素、致死温度以及土壤温度对菌核存活的影响。结果表明,未成熟菌核较成熟菌核更容易萌发;菌核萌发的最佳温度为20-25℃、pH为3.0-4.0、土壤含水量为20%-45%。菌核长时间浸泡水中对其存活不利,浸泡30d以后,存活率开始急剧下降,至47d时存活率为0。雪腐核盘菌菌核具有较强的耐高温特性,随着温度和处理时间的增加,菌核萌发率呈下降趋势。菌核在水浴中85℃ 5min、80℃ 10min、75℃ 10min、70℃ 30min、65℃ 120min、60℃ 180min时全部丧失活力。在土壤温度30℃和35℃处理5周、40℃和45℃处理4周时菌核全部失去活力。该研究结果为通过水旱轮作和土壤高温处理来防治西洋参菌核病提供了理论基础。     

土壤氮磷添加下豆科草本植物生物固氮与磷获取策略的权衡机制

豆科草本植物固氮是陆地生态系统重要的自然氮输入方式, 影响着草地生产的经济性和可持续性。为探讨氮磷交互作用影响豆科草本植物生物固氮率的潜在生理生态机制, 该研究选取8种豆科草本植物分别种植在对照、氮肥添加、磷肥添加和氮磷耦合添加处理的土壤中, 进行野外盆栽实验。测定了初花期植物生物量和营养含量、根部碳水化合物含量、根际pH、根际柠檬酸含量、根际有效磷含量、植物根瘤生物量、磷含量及其生物固氮率。主要结果: 依赖于豆科物种, 氮添加显著促进了豆科草本植物根际磷的活化, 降低了根生物量分配以及根系非结构性碳水化合物含量。在两种磷添加处理下, 氮添加导致8种豆科草本植物根瘤生物量平均下降27%-36%, 生物固氮率平均下降20%-33%。磷添加降低了根际的磷活化, 但促进了豆科草本植物根系发育和非结构性碳水化合物的积累。在施氮和不施氮条件下, 磷添加分别使8种豆科草本植物的生物固氮率提高了45%-69%和0-47%。氮添加降低豆科草本植物生物固氮率, 其原因是氮添加提高了植物磷需求, 为活化更多磷, 豆科草本植物降低根系生物量和根系非结构性碳水化合物的含量, 导致根瘤发育受到限制。在氮添加的同时进行磷添加, 能够改善土壤氮磷平衡, 促进根系生长和非结构性碳水化合物积累, 缓解了增氮对生物固氮的抑制作用。     

火烧信号对种子萌发影响的研究进展

火作为一个基础的生态因子, 对森林、草地等陆地生态系统的结构和功能有着重要的影响。种子萌发是种子植物的重要生活史阶段, 也是火后植被更新和恢复的主要途径。植被燃烧产生了烟、热以及与烟相关的一系列火烧信号, 在打破种子休眠, 促进种子萌发方面发挥重要作用。该文将火烧信号分为物理信号和化学信号, 物理信号主要是伴随火烧产生的高温, 化学信号主要包括气态烟以及近年来从烟水中提取的影响种子萌发的关键化学物质karrikins和glyceronitrile。该文围绕火烧的基本信息, 火烧信号对种子萌发的影响, 火烧信号在实践中的应用3个方面进行系统综述, 重点探讨了不同类别的火烧信号及其交互作用对种子萌发的影响。在系统总结火烧信号对种子萌发影响的研究进展的基础上, 提出未来的研究应与烟信号作用机理的探究以及全球变化等方面相结合, 旨在充分发挥火的生态服务功能, 为火的科学管理应用和退化生态系统恢复提供理论支撑。