干热河谷乡土树种叶绿素荧光特征对水分胁迫的响应

以干热河谷地区典型乡土树种清香木为试验材料,采用快速植物效率分析仪(PEA),对土壤相对含水量为50%(C_1)、30%(C_2)、20%(C_3)、10%(C_4)、5%(C_5)5种处理下清香木的光系统Ⅱ快速叶绿素荧光诱导动力学参数进行测定,探讨清香木快速叶绿素荧光诱导曲线在不同水分处理下的变化机制。结果表明:(1)清香木经水分胁迫处理后,放氧复合体受到了不同程度的损害,光合电子传递链中Q_A~-大量积累,电子传递能力和量子产额逐渐降低。(2)随着土壤相对含水量的逐渐降低,清香木ABS/CS、TR_o/CS、RC/CS、DI_o/CS均在C_3处理下降到了最低值,而此时ABS/RC、ET_o/RC、DI_o/RC、M_o均达到最大值,V_j在C_2处理下达到了最大值,而此时Ψ_o、ΨE_o、ET_o/CS均降至最低值,ET_o/RC却一直增加。(3)清香木光合性能指数PI_(ABS)对水分胁迫的敏感性比F_v/F_m(φp_o)更强。研究认为,清香木在30%土壤水分处理下已经启动了相应的自我防御机制,质体醌Q_A被还原的速率均减慢,电子在传递过程中受阻;在20%土壤水分处理下天线系统发生了一定程度的降解或者损坏,导致光能的吸收降低,同时将过多的激发能及时散失,减少了活性氧对反应中心造成的伤害;在10%土壤水分处理下,清香木的自我防御机制得以解除,光合作用效率进一步提高。说明清香木的生理状况在水分过多或者过少条件下都会受到明显影响,其健康生长的理论土壤相对含水量应保持在10%左右,清香木能够适应干旱的环境。     

基于通量和光谱观测的中亚热带人工针叶林光能利用效率的反演

利用光谱反射率测量的光化学植被指数（PRI）估算植被光合作用的光能利用效率（LUE）,能够更好地为生态系统总初级生产力的估算及尺度扩展提供重要的技术支撑.本研究以中国通量网（ChinaFLUX）千烟洲通量观测站为研究区域,2013年9月和12月在通量塔上测量了中亚热带人工针叶林的植被反射光谱,并获取了通量塔上同步观测的气象数据和涡度相关通量数据,对两者进行回归分析.结果表明： PRI-LUE相关关系（R²=0.20,P<0.001）优于NDVI LUE.在整个观测期内,土壤水分含量（SWC）与PRI组合的二元回归模型能够提高LUE的估算精度（日间观测R²=0.29,P<0.001;正午观测R²=0.30,P<0.01）,而在秋季,饱和水汽压差（VPD）与PRI组合的二元回归模型能较好地估算正午LUE（R²=0.448, P<0.001）,表明环境因子SWC和VPD是影响PRI-LUE关系的重要因素,不同季节的二元回归模型所选择的最佳环境变量有所不同.     

典型龟裂碱土土壤水分光谱特征及预测

以不同含水量的宁夏典型龟裂碱土为研究对象,系统分析了土壤光谱与土壤含水量的相关性,并建立了含水量预测模型.结果表明:随着含水量的增加,土壤光谱反射率逐渐降低,当土壤含水量高于田间持水量时,土壤光谱反射率随着含水量的增加呈增加趋势.土壤光谱反射率原始数据(r)、平滑后的反射率(R)和反射率对数(lgR)与龟裂碱土水分含量呈极显著负相关关系,整个波段R与土壤水分含量的相关系数平均比r和lgR分别高0.0013和0.0397;反射率倒数(1/R)和反射率倒数的对数[lg(1/R)]2种变换形式与龟裂碱土水分含量呈正相关关系,在950~1000 nm的相关系数平均比400~950 nm高0.2350;3种一阶微分变换形式与土壤水分的相关性不稳定.基于r、lg(1/R)、反射率的一阶微分R’和反射率对数的一阶微分(lgR)’采用不同回归模式建立的龟裂碱土含水量预测模型平均决定系数分别为0.7610、0.8184、0.8524和0.8255,其中R’的幂函数模式决定系数高达0.9447,该模型预测的土壤含水量与室内实测值拟合度为0.8279,说明该模型预测精度最高,采用r建立的模型预测精度最低.研究结果可为龟裂碱土含水量预测和当地农田灌溉提供科学依据.     

S-腺苷甲硫氨酸代谢途径相关基因在小麦水分胁迫中的表达

以小麦品种‘晋麦47’为材料,利用半定量RT-PCR方法,对S-腺苷甲硫氨酸代谢途径中的S-腺苷甲硫氨酸合成酶(SAMS)基因、S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)基因和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶(-γECS)基因在正常供水、PEG-6000模拟水分胁迫和复水过程中小麦叶片的表达模式进行了分析。结果表明,3个基因在正常生长情况下有一定量的表达,SAMS和SAMDC基因在水分胁迫早期(PEG-6000胁迫6、12、244、8 h)上调表达,水分胁迫后期(PEG-6000胁迫75 h)表达量下降;复水后3~6 h上调表达,复水9 h后表达量下调至对照水平。-γECS基因在水分胁迫阶段呈上调表达,复水后表达量下调至对照水平。可见,小麦SAMS、SAMDC和-γECS基因的表达都受水分胁迫诱导,同时,SAMS与SAMDC基因还参与水分胁迫后的复水调节,说明S-腺苷甲硫氨酸代谢途径在小麦抗旱节水中具有重要作用。     

4个花苜蓿居群叶片解剖结构特征及其可塑性对不同水分处理的响应

对经过3种水分处理的4个花苜蓿居群（内蒙古科右中旗、克什克腾旗、陕西南泥湾和甘肃兴隆山）叶片解剖结构特征及它们的可塑性进行了研究。结果表明：除上下表皮细胞厚度外,土壤水分处理对花苜蓿的叶片解剖结构有着显著影响。随着水分减少,大部分花苜蓿居群栅栏组织厚度增加,海绵组织厚度相应减小,叶片厚度增大,叶片组织结构紧密度增加,疏松度减少,叶脉突起度增加。10个解剖指标中,栅栏组织海绵组织厚度比的可塑性指数最大,上表皮细胞厚度次之,叶片厚度最小。4个花苜蓿居群可塑性指数平均值大小排序为：科右中旗〉克什克腾旗〉南泥湾〉兴隆山。综合方差分析和Ducan多重比较,可推测：花苜蓿的抗旱性与其分布的地域有关,分布于典型草原地带的科右中旗和克什克腾旗2个居群的花苜蓿的叶片结构可塑性要较分布于森林草原地带的南泥湾居群和兴隆山居群大。。上述结果有助于了解花苜蓿的生态适应特点,同时也为筛选适应北方干旱、半干旱地区的优良豆科牧草资源提供依据。     

海拔梯度对长白山北坡岳桦水分利用效率的影响

以分布于长白山北坡海拔1800～2050 m的岳桦林为对象,以叶片碳稳定同位素(δ13C)值作为岳桦长期水分利用效率指示值,探讨海拔梯度对岳桦林水分利用效率的影响.结果表明:随海拔升高,岳桦林土壤体积含水量、比叶质量极显著增加,而叶片含水量和土壤温度显著降低;岳桦叶片δ13C值与海拔呈极显著正相关,增幅为1.013‰·(100 m)-1,与土壤体积含水量、比叶质量呈显著正相关,与生长季土壤平均温度、叶片含水量呈显著负相关.温度不是长白山林线的唯一限制性因子,海拔梯度上水热条件的差异及其交互作用可能造成岳桦生长期间的生理干旱.     

沙地生境和平茬年限对沙柳叶功能特征的影响

研究了毛乌素沙地南缘水滨边丘间地和干旱丘顶两种生境下沙柳平茬后不同年限(1、2、3～4和5～6年)对沙柳叶片光合气体交换、水分利用效率、结构特性及氮、磷养分含量等叶功能特征的影响.结果表明:水滨边丘间地沙柳叶片的净光合速率、气孔导度、瞬时和长期水分利用效率均高于丘顶,但N、P养分含量低于丘顶;两种生境下沙柳的叶结构性状无显著差异.干旱生境下沙柳主要通过增加养分含量、降低光合和水分利用来生存.随平茬年限增加,叶片净光合速率和气孔导度显著下降,氮含量和瞬时水分利用效率亦呈下降趋势,且二者之间呈显著正相关;平茬后1年的叶面积最高,比叶质量和叶干物质含量最低,此后比叶质量增加,叶面积和干物质含量不变;叶结构性状与光合及养分特性之间无显著相关性.叶光合活性和氮含量的下降是沙柳随平茬年限增加而衰败的重要原因.     

5种沙拐枣的水分生理特征比较

在野外和室内观测5种沙拐枣的生物生态特征及其水分生理指标。结果表明:白皮沙拐枣和新疆沙拐枣以大蒸腾,较强的持水力,保持较高的束缚水来抵抗干旱;乔木状沙拐枣则以较强持水力,最低限度的蒸腾强度抵抗干旱。综合指标分析表明:白皮沙拐枣和乔木状沙拐枣的耐旱性较强,新疆沙拐枣和红皮沙拐枣次之,小果沙拐枣的耐旱性最弱;抗风蚀能力由强至弱为:红皮沙拐枣>新疆沙拐枣>小果沙拐枣>白皮沙拐枣>乔木状沙拐枣。4h为5种沙拐枣失水的拐点,因此,在进行植苗造林中,最好在起苗后4h内栽植,以提高造林成活率。     

华北落叶松树体储水利用及其对土壤水分和潜在蒸散的响应: 基于模型模拟的分析

 树体储水在树木水分传输中具有重要的作用, 不仅为蒸腾提供水分来源, 还具有缓冲作用, 可防止木质部导管水势过低以至于水分传输的失败。树体储水动态及其利用的研究对于认识树木对水分胁迫的响应机制具有重要意义。该研究构建了包含树体储水释放-补充作用的树干水分传输模型, 可模拟计算林分小时尺度的冠层蒸腾、边材液流、树体储水与木质部导管水流交换过程, 并以六盘山北侧的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)人工林为例, 在林分水平分析树体储水利用及其 与土壤水分和潜在蒸散之间的关系。检验结果表明, 该模型能够精确地模拟出林分边材液流的日变化特征, 模拟与观测的小时液流速率决定系数R²为0.91 (n = 2 352)。模拟结果表明, 在典型晴朗天气下, 在日出时树体储水利用启动, 至9:00左右达到峰值(0.14 mm?h^–1), 午间降至0, 下午降为负值直至午夜, 即进入树体补水阶段; 树体储水日使用量(DJ_z)为0.04–0.58 mm?d^–1, 与日蒸腾量(DT_r)成正相关(R² = 0.91), 对蒸腾的贡献为25.6%。分析结果表明, 当潜在蒸散(ET_p)低于4.9 mm?d^–1时, ET_p是华北落叶松树体储水利用的主要驱动因子, DJ_z与ETp成正相关(R² = 0.68); 当ET_p高于4.9 mm?d^–1时, DJ_z随着ET_p的增加呈现降低趋势; DJ_z与土壤水势没有显著相关关系(p > 0.05), 但最大树体储水日使用量(DJ_zmax)与土壤水分含量成正相关(R² = 0.79), 说明土壤水分是树体储水利用的限制因子。     

丛枝菌根真菌对百喜草的生理特性的影响

采用盆栽法研究了丛枝菌根（AM）真菌摩西球囊霉（Glomus mosseae）对水分胁迫条件下百喜草（Paspalum notatum）生长、渗透调节及抗氧化酶的影响。结果表明：接种AM真菌显著提高了百喜草的株高、地上部与根部鲜重、地上部P、K、Mn及根部P、Ca、Mn含量,明显降低了地上部Zn及根部Fe、B、Cu水平;随着干旱程度的加深,接种株的地上部相对含水量及叶绿素含量相对稳定且均显著高于未接种株,接种株地上部相对电导率、MDA含量均显著低于未接种株,接种株的地上部POD活性与脯氨酸含量均显著增加且均显著高于未接种株,AM侵染对SOD活性的影响较小。可见,接种AM真菌Glomus mosseae提高了植株体内保护酶活性（如POD）及渗透调节能力（如脯氨酸、P、K、Ca等渗透调节物含量的增加）,从而显著增强了百喜草的抗旱性。