植物体内水分长距离运输的生理生态学机制

植物体内长距离水分运输是植物生理生态学研究中的一个重要问题,长期为植物生理学家和生理生态学家所关注。木质部探针技术的问世,掀起了近年来植物生理学界最为激烈的一场争论。提出了已经有100多年,风行40年的内聚力-张力(Cohesion-Tension,C-T)学说受到质疑。随后维护派和质疑派围绕木质部探针技术、压力室技术(C-T理论的主要支撑实验技术)的可靠性展开辩论。进一步从物理学原理和各种实验上就C-T理论的3个支柱(木质部导管或管胞中巨大的张力、沿树高的压力梯度、连续水柱)进行争论。这场争论似暂告一段落,C-T理论没有被推翻,但仍留有问题期待以后的研究。

盐胁迫及其钙调节对竹子根系活力和丙二醛含量的影响

选用了６个竹种进行耐盐性研究。在盐胁迫下，各竹种的根活力有所下降，竹笋和叶片中ＭＤＡ则随之积累。然而多数竹种对盐胁迫表现出一定的适应性。随着处理时间延长，根活力得到部分回复，膜脂地氧化程度减轻。盐胁迫下竹种之间根活力和ＭＤＡ含量变化存在一定的差异。Ｃａ￣（２＋）对翠竹的氯化钠盐害有明显的缓解作用。Ｃａ￣（２＋）处理可显著地抑制氯化钠诱导的ＭＤＡ积累，部分恢复盐胁迫下的根系活力。

压力探针技术在植物水分关系研究中的运用

压力探针(pressure probe)技术最初设计时用于测定巨型藻类细胞的膨压,后来转到对高等植物细胞的膨压及其他水分关系参数的测定,现在已发展成为植物生理学和生态学研究中的一种多用途技术。它可以在细胞原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况。能够在不离体的植物中测定水通道的活性。新近发展的木质部压力探针是惟一可以直接测定导管或管胞中负压的技术。文章介绍该技术基本原理及其在植物水分生理学研究中的应用。

松梢枯病防治新技术及其机理研究

水杨酸和多效唑预处理可以减轻湿地松梢枯病的发生，水杨酸的效果尤佳。病原孢子萌发试验证明，多效唑具有抑菌或杀菌作用，而水杨酸对病原孢子萌发及菌丝生长均无抑制作用。因此认为水杨酸处理后是通过增强湿地松的抗性来抑制梢枯病的发生。经水杨酸和多效唑处理后，嫩梢中超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性明显上升。ＳＯＤ在湿地松抗梢枯病上可能起积极作用。较高浓度的水杨酸及阿斯匹林引起嫩梢苯丙氨酸解氨酶（ＰＡＬ）活性下降。说明外源水杨酸对松树体内ＰＡＬ活性有反馈抑制作用。试验结果还表明，苗木比小树对水杨酸等化学药剂反应更加敏感。

杨树抗硫新品种‘普瑞’

‘普瑞’是从欧美107杨速生丰产林中自然选择得到的,除具有普通107杨的生长习性外,还具有抗二氧化硫有毒气体的特性,适宜种植在华北、长江以南酸雨地区,以及高二氧化硫污染区。

侧柏抗病单株对叶枯病抗性机制研究

本文比较测定了对叶枯病具有高度抗性的侧柏单株叶片中木质素和纤维素含量、苯丙氨酸解氨酶（ＰＡＬ）和超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、以及细胞含水量和肉质化程度。结果表明，抗病单株叶片细胞中木质素和纤维素的含量显著地高于普通的感病侧柏；抗病单株的ＰＡＬ活性和ＳＯＤ活性也明显高于感病株。并且发现ＰＡＬ活性和木质素含量之间具有高度相关性。抗病单株的细胞含水量和肉质化程度则显著地低于感病株。综上指标说明，抗病单株在生理生化和遗传上，明显地区别于普通感病株。

植物生理学研究中的压力探针技术

压力探针技术是一种用来测定微系统中压力大小和变化的新技术。其最初被设计用于直接测定巨型藻类的细胞膨压。随着操作装置的进一步微型化和精密化,后来被应用于测定普通高等植物细胞膨压及其它水分关系参数。该技术的发展建立在一系列相应的流体物理学理论基础上。通过这些物理学公式的计算,该技术能测定跨细胞膜或器官的水分运输速度以及它们的水力学导度;测定溶液中水分和溶质的相对运输速度以及它们之间的相互影响;还可以测定细胞壁的刚性等。目前压力探针技术已成为植物生理学和生态学领域研究中的多用途技术。它可以在细胞水平上原位测定水分及溶质跨膜运输及分布情况,这对于阐明水通道功能具有极其重要的意义。此外,木质部压力探针技术是目前唯一可以直接测定导管或管胞中负压的工具。该技术还可以用于单细胞汁液的样品采集,结合微电极技术测定导管或其它细胞中的pH值、离子浓度以及细胞膜电位。本文重点介绍该技术使用的基本原理和相应的理论基础,并详细地描述了操作过程中的技术和技巧。

杨树糖代谢与褐斑病发生的关系

结合杨树褐斑病发病过程，测定黑杨派六个无性系在生长季碳水化合物的变化动态。在病害浸染初期，抗病无性系（Ｉ－６３杨、Ｉ－６９杨、Ｉ－７２杨）叶部还原糖和可溶性糖含量较感病无性系（Ｉ－２１４杨、Ｐ１５Ａ杨、加龙杨）低且呈下降趋势，感病无性系则呈上升趋势。侵染初期抗病无性系叶部总糖含量高于感病无性系。抗病无性系茎部输送的糖较感病无性系多。各无性系秋季运输的糖较夏季多。

林木遗传多样性研究中的DNA标记

遗传多样性是物种长期存活和进化的基础。应用ＤＮＡ标记的研究可以提供大量新的多样性信息。本文介绍和描述了限制性片段长度多态性（ＲｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎＦｒａｇｍｅｎｔＬｅｎｇｔｈＰｏｌｇｍｏｒｐｈｉｓｍｓ，ＲＦＬＰｓ）和随机扩增多型性ＤＮＡ（ＲａｎｄｏｍＡｍｐｌｉｆｉｅｄＰｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃＤＮＡ，ＲＡＰＤ）方法，以及它们作为ＤＮＡ标记的分子基础。就这两种ＤＮＡ标记的遗传特性和人们已熟悉的同工酶标记进行了比较。简要地评述了ＤＮＡ标记近年在林木群体遗传学、系统分类学中的应用。

大气污染及盐胁迫对银杏的危害

研究表明：制砖窑场排放的废气对银杏造成明显危害，使叶片边缘出现黄色及红棕色坏死斑，受污染的银杏叶片中SO2含量明显提高。受害程度与叶片SO2浓度呈正比，受害银杏的细胞波pH值下降，叶片的细胞膜遭到破坏，透性加大，电解质外渗量增加，并导致叶片大量失水，急性高浓度（土壤含量超过0.2％）的盐胁迫对银杏造成极大危害，导致叶、果脱落，部分须根腐烂。叶片中Cl-浓度及电解质显著提高。

刺槐苗木干旱胁迫过程中水力学失败和碳饥饿的交互作用

【目的】通过分析刺槐在干旱和复水过程中水力学性状和非结构碳(NSC)储藏的变化,研究在水力学失败和碳饥饿对刺槐苗木的影响,以探讨在经历导致落叶的严重干旱胁迫之后叶片恢复的影响因素。研究的结果可以阐明刺槐干旱和复水过程中水力学结构和碳代谢的交互作用方式,同时为揭示干旱半干旱地区刺槐衰败死亡的生理学机制提供思路和试验证据。【方法】测定3年生刺槐苗在严重干旱导致落叶后和复水后叶片长成时的小枝凌晨和正午水势、枝条正午气穴栓塞、叶片最大光合速率和气孔导度、单株叶面积、枝条和根的非结构碳含量,测定严重干旱后刺槐枝条的栓塞脆弱性,并比较复水后茎干基部和上部新发叶片的叶面积、比叶质量和光合作用及新发小枝的凌晨和正午水势、枝条气穴栓塞。【结果】在干旱导致全部落叶时,凌晨和正午水势分别达到-3.01和-3.73 MPa,显著低于对照;正午导水损失率(PLC)达到91%,显著高于对照;干旱导致刺槐90%以上落叶时其叶片的光合速率为负值,气孔导度也降低到趋近于0。在复水后30天叶片长成时,枝条正午PLC为81%,仍显著高于对照。经历干旱和复水处理的枝条P50(栓塞为50%时的枝条水势)为-1.09 MPa,比对照高0.37 MPa,经历干旱胁迫的枝条抗气穴栓塞能力显著降低。干旱和复水过程均显著降低了刺槐枝条和根的NSC含量,复水过程NSC降低程度更大。复水后的单株总叶面积仅为对照的38%。复水后叶片恢复的主要部位是茎基部和枝条上部,茎基部恢复叶片的叶面积、光合速率、气孔导度均显著大于枝条上部恢复叶片,茎基部新发小枝的凌晨和正午水势显著高于上部新发小枝。【结论】严重干旱导致水势降低,木质部导管栓塞加重,限制了刺槐的水分输导,进而抑制叶片光合作用,导致出现负的碳平衡。在复水阶段,前期严重干旱导致木质部导水能力下降和NSC含量下降限制了复水后新叶的生长,NSC含量降低可能会影响木质部栓塞的即时修复,水力学失败和碳饥饿的交互作用加重了干旱对刺槐的影响。

华北石质山区核桃-绿豆复合系统氘同位素变化及其水分利用

通过对比核桃枝条和绿豆茎内δD值差异来分析核桃和绿豆水分来源和利用。结果表明,核桃-绿豆农林复合系统的根系在表层土壤(0—30cm)中交叉存在,生态位重叠。旱季中表层土壤含水量与δD值之间存在显著的负相关关系(R2=0.77,P=0.02),雨季相关关系不显著(R2=0.03,P=0.73)。δD值分析表明,旱季中核桃利用深层土壤(30—80cm)水分占总水分来源的51%以上,雨季中则主要利用浅层土壤水分,间作绿豆和单作绿豆主要利用表层土壤水分。雨季中表层土壤水分能同时满足核桃和绿豆生长需要,但复合系统中光能竞争导致间作绿豆光合速率显著地低于单作绿豆。旱季间作绿豆0—20cm土壤水分含量、凌晨叶片水势和光合速率明显高于单作绿豆,显示间作绿豆体内水分状况好于单作绿豆。线性模型分析结果显示间作绿豆体内约有1.58%—5.39%的水分来核桃夜晚水力提升,表明复合系统在旱季一定程度上缓冲季节性水分胁迫对农作物生长的影响。

风对黄花蒿水力学性状和生长的影响

吹风会影响到植物的水力学结构、光合作用、生物量分配以及植物的力学性状,研究风对植物的综合影响有助于深入了解植物应对风胁迫的响应机制。以黄花蒿为研究对象,每天吹风4h,风速为5m/s,吹风处理60d,测定了风吹条件下黄花蒿的水力学特征、光合作用、生物量分配和茎干力学特性。结果表明:在风吹条件下,黄花蒿正午水势显著低于对照,茎干导水损失率(PLC)增加了16%,最大光合速率仅为对照的62%,气孔导度为对照的55%。在试验结束时风吹植株株高仅为对照的68%,但基茎显著高于对照,同时风吹显著降低了黄花蒿的总生物量,但根冠比显著高于对照,风吹显著减小了茎导管直径和导管密度,风吹植物导管直径和导管密度分别为对照的77%和55%,同时,风吹植物茎干导水率显著低于对照,但茎干的抗弯刚度显著高于对照。以上结果表明风吹抑制了植物的水分输导能力,导致叶片水分匮缺,限制了植物的光合作用。风吹增加了茎干的力学稳定性,但同时降低了茎干的水分输导能力,这是植物茎在力学性状和水分输导之间的权衡。这种改变有利于在有风条件下维持植物的力学稳定性,但同时降低了水分输导能力。

干旱和坡向互作对栓皮栎和侧柏生长的影响

用年轮学方法测定了不同坡向的栓皮栎和侧柏的年轮宽度及相应的年树干面积增长量,同时测定了旱季碳稳定同位素比值(δ13C)及不同坡向之间的微气象指标差异,分析了不同坡向两种树木径向生长与旱季降雨量的关系,目的是探索在华北石质山区季节性干旱条件下坡向对栓皮栎和侧柏生长的影响。结果显示阴坡栓皮栎和侧柏年轮和年增加的截面积显著大于阳坡,两个树种都表现出阳坡δ13C值显著(P<0.05)大于阴坡,阳坡栓皮栎δ13C值比阴坡高1.17,而阳坡侧柏的δ13C值比阴坡高0.56。白天,阳坡气温高于阴坡、相对湿度低于阴坡、饱和蒸汽压匮缺高于阴坡。分析显示旱季降雨量和栓皮栎的树干截面积年增长量显著(P<0.05)相关,而旱季的降雨量和侧柏的截面积年生长没有显著关系。结果表明:相对于侧柏,干旱条件更严重的影响到栓皮栎生长和叶片水分利用效率,反映出这两种树木耐旱能力的差异,以及应对干旱策略的不同。华北石质山区的土壤储水能力低,阳坡较大的蒸散加剧了干旱对树木生长的不利影响。

从水力结构比较3种共存木本植物的抗旱策略

通过盆栽控水方法测定了华北石质山区刺槐、栓皮栎和侧柏3个主要造林树种在干旱胁迫以及随后的复水条件下气体交换和水分关系的变化,分析了这3个树种抗旱特性的差异。结果表明:1)在供水充足时,刺槐光合作用强、气孔导度大、耗水速度快。2)刺槐对土壤水分变化最为敏感,当土壤水分含量降低时,其光合速率和气孔导度迅速下降。3)复水后,刺槐和栓皮栎恢复速度比侧柏快。4)当小枝导水损失率发生变化时,刺槐的气孔导度变化迅速,相比之下,栓皮栎和侧柏对土壤水分变化以及其气孔导度随水力变化的反应都较为平缓。5)刺槐在水分充足时迅速进行光合积累,而干旱时,通过气孔关闭甚至落叶来避免过度失水。另外2种植物在中度干旱时,尤可保持光合作用,其中侧柏更为突出。在华北半干旱的石质山区,刺槐的发展受到较大限制。

广西猫儿山不同海拔常绿和落叶树种的营养再吸收模式

土壤养分供给性大小是否影响植物氮和磷再吸收效率仍存在争议。调查了广西猫儿山不同海拔常绿和落叶树种成熟和衰老叶片的氮和磷含量,探讨营养再吸收是否受到叶片习性和海拔的影响。所有树种氮和磷再吸收效率的平均值分别为56.5%和52.1%。常绿树种比落叶树种有显著较高的氮再吸收效率(P<0.001)和磷再吸收效率(P<0.01),这与前者有较低的衰老叶片氮和磷含量密切相关。随着海拔的上升,氮再吸收效率显著下降(P<0.01),磷再吸收效率显著提高(P<0.05)。氮再吸收效率与土壤氮:磷比(r=-0.41,P<0.05)和成熟叶片氮:磷比(r=-0.37,P<0.05)负相关,磷再吸收效率与土壤氮:磷比(r=0.44,P<0.05)和成熟叶片氮:磷比(r=0.47,P<0.01)正相关,表明了树种对低海拔氮限制的适应逐渐转变为对高海拔磷限制的适应。此外,氮再吸收效率与年均温正相关(r=0.43,P<0.05)而磷再吸收效率与年均温负相关(r=-0.45,P<0.01),这表明气温也是调节树木营养再吸收格局的重要影响因素。不同海拔树种氮和磷再吸收模式的差异可能是引起广西猫儿山常绿树种沿海拔形成双峰分布的原因之一。

水分和光照条件对核桃-黄豆农林复合系统中黄豆光合作用和生长的影响

【目的】研究核桃-黄豆农林复合系统中不同种植位置间作作物在不同水分、光照条件下的水分利用和碳代谢,为更好了解种间相互作用对植物生长的影响提供参考。【方法】2017年,在太行山南麓低山丘陵区核桃-黄豆农林复合系统中,测定不同种植位置黄豆在旱季(7月中旬)和雨季(8月下旬)的土壤含水量、凌晨和正午水势、正午茎秆导水损失率(PLC)、株高和基径、生物量以及根、茎、叶的非结构性碳(NSC)含量。【结果】1)在旱季,随着与核桃树距离的增加,土壤含水量降低,黄豆凌晨和正午水势下降,正午茎秆PLC上升,距核桃树1.5和2.5 m的黄豆光合速率和气孔导度较大,距核桃树0.6 m和单作的黄豆光合速率偏低,但总体上间作和单作的黄豆气体交换没有显著差异。旱季生物量、根冠比和NSC随着与核桃树距离增加而增大。2)在雨季,除距核桃树0.6 m处土壤含水量偏低外,其余位置均无显著性差异,土壤含水量比旱季高60%以上。不同种植位置黄豆凌晨水势没有显著性差异,但单作黄豆正午水势更低,茎秆PLC较间作黄豆严重。光合速率、气孔导度、生物量、NSC含量、根冠比均随着与核桃树距离增加而增大。根、茎、叶NSC含量均显著高于旱季,主要由淀粉储藏增加引起。【结论】在旱季,不同种植位置黄豆水分状况均受一定程度的干旱影响,复合系统中间作黄豆水分状况好于单作,但旱季水分胁迫没有显著影响光合作用和生长;遮荫的影响覆盖了水分状况改善的作用。在雨季,复合系统中黄豆主要受遮荫影响,距离树木越远生长情况越好。在研究年份水分不是主要限制因子的情况下,间作互利作用未体现,而复合系统中的光能竞争会导致间作黄豆生长量明显下降。

木本植物木质部栓塞测定技术的争议与进展

气候变化导致的全球尺度的森林衰败死亡增多,以植物水分关系为核心的树木死亡机制成为研究热点,而木本植物长距离水分运输中的木质部栓塞的研究是植物水分关系的核心。本文声学检测法、非破坏性成像技术和低压液流技术3类测定木质部栓塞的技术方法进行综述。声学检测法的优点是对植物材料无破坏性且具有较高的时间分辨率,但测定结果的可靠性差,这种方法更倾向于定性检测木质部栓塞。核磁共振和微CT成像技术是近年来兴起的非破坏性成像技术,对植物材料无破坏性,可对导管无偏差的三维成像;尤其是微CT技术,其空间分辨率小于1~2μm,可更详尽地呈现出木质部的栓塞程度和分布模式以及栓塞形成和修复的动态。应用微CT方法是未来研究中的趋势,但此装置还不易获取,因此在当前的木质部栓塞研究中还难以广泛应用。低压液流方法是近30年来测定木质部栓塞应用最广泛的方法,本文对此方法的原理及操作步骤进行介绍。近年有学者提出在测定过程中可能会出现"张力-剪断假象",认为即使在水中剪断存在张力的枝条也会人为地增加所测样品的栓塞程度。这就质疑了之前树木栓塞日变化和栓塞修复的研究结果及用自然干燥法测定树木抗栓塞能力的研究结果。"张力-剪断假象"在植物水力研究领域引起激烈的讨论,之后有众多学者迅速设计针对性的试验开展研究,然而并没有重复出"张力-剪断假象",并且认为避免"张力-剪断假象"的张力释放过程发生了栓塞修复。"张力-剪断假象"虽然对低压液流方法测定木质部栓塞引起争议,但此事件使研究者认识到严格、细心地进行木质部栓塞测定操作的重要性。最后提出应用低压液流技术测定木质部栓塞操作中应该注意的10项建议。

哀牢山和猫儿山中山常绿和落叶阔叶树光合特性对季节温度变化的响应

研究调查了云南哀牢山中山常绿阔叶林和广西猫儿山中山落叶水青冈林中共生的常绿和落叶阔叶树光合特性在2005年的季节变化,探讨了两地温度气候差异对植物优势度的影响。在夏季,同一生境下的常绿植物和落叶植物之间以及两个生境树种之间的光合速率没有显著差别。当温度下降时,两个生境内的常绿和落叶植物的光合速率都下降,这与气孔的部分关闭和光系统Ⅱ活性的下降有显著的关系。气孔的部分关闭有利于减少水分蒸腾损失,但落叶树气孔关闭程度明显高于常绿植物而且无法避免严重的光抑制。常绿植物通过气孔调节来提高光合水分利用效率和通过光系统Ⅱ活性调节来降低光合机构的损伤来维持叶片四季常绿,但是猫儿山中山森林冬季低温严重损害气孔和光系统Ⅱ的功能而使常绿植物生长受到严重制约并限制其在群落中成为优势种,与之相反,哀牢山中山森林冬季相对暖和导致常绿植物能积累更多的光合产物并促进其在群落中形成优势。

云南箭竹地上部分生物量模型研究

对云南省永仁县白马河林场云南箭竹（Fargesia yunnanensis）秆、枝和叶片含水量及生物量进行了调查。结果表明：云南箭竹叶片的含水率最高，秆的最低；在地上部分各器官的生物量分配中，秆所占比例最大，可达60．31％～65．34％，枝次之（19．28％～21．87％），叶（15．11％-17．82％）所占比例最少。通过回归分析探讨了云南箭竹各变量的相关性，并对其各器官的生物量及秆高与胸径和地径进行模型拟合。其中秆、枝和叶的生物量与胸径的拟合方程分别是：WC=0．318D^1.753，WB=0．135D^1.412，WL=0.140D^1.216.应用上述相关数学模型估算不同地理种源云南箭竹各器官生物量。通过对胸径、地径和生物量的比较，认为鸡足山的云南箭竹长势最好。