大小龄红松木质部解剖特征的年龄效应及其对气候变化的响应差异

树龄是影响树木生长的最重要因素之一。在气候变暖背景下,利用树干木质部解剖特征,分析不同树龄生长-气候关系,对准确评估树木对气候变化的响应和适应策略、预测气候变化下的森林动态至关重要。利用木材解剖学方法,比较了小兴安岭溪水地区针阔混交林内大、小龄红松(Pinus koraiensis)木质部解剖特征及其对气候变化的响应异同。结果表明:大龄红松主要管胞特征值随年龄增加而呈上升趋势,但小龄红松的变化趋势并不明显,两者均在1840—1890年和1980—2010年间出现剧烈的波动。大、小年龄红松部分管胞特征与气候因子的关系具有一致性,管胞数量和理论导水率分别与月最高温度负相关和正相关;总管胞面积(负相关)、理论导水率(正相关)、平均水力直径(正相关)与月最低温度的关系一致;理论导水率与月总降水正相关;管胞占比、平均管胞面积、理论导水率、平均水力直径均与平均相对湿度正相关,且大龄红松相关性更强。大、小年龄红松管胞特征与气候因子的关系的不一致表现在,大龄红松管胞占比、平均管胞面积、总管胞面积和平均水力直径与月最高温度正相关,而这些关系在小龄红松则表现为负相关。大龄红松管胞数量与7—9月最低温度正相关,而在小龄红松表现为显著负相关;大、小龄红松除理论导水率外其他管胞特征与降水关系基本相反,其中管胞数量的相关性更强;大龄红松与7月、9月、年总降水量显著正相关,而小龄红松与6月和年总降水显著负相关;与月平均相对湿度的相关关系大龄红松表现为正相关或不显著,而小龄红松呈负相关关系。温度是限制大、小龄红松管胞特征生长的主要气候因子,降水的影响相对较弱,平均相对湿度对大小龄红松的影响差异不大。近几十年,小兴安岭地区气候暖干化趋势逐渐增强,这种暖干化会造成大、小龄红松生长的响应差异。若气候持续变暖或加剧,小龄红松会出现严重生长衰退。

碱性副品红染色法检测木质部导管栓塞技术改进

染色法是测量导管长度、直径、导管分布以及栓塞脆弱性的重要方法。在测量导管栓塞时,染色压力和时间条件将极大地影响实验结果的准确性。为准确利用染色法测定刺槐Robinia pseudoacacia导管栓塞状况,本研究通过使用充气组(人为栓塞100%)以及冲洗组(完全去除栓塞)对碱性副品红染色法进行了压力、时间条件的改良。结果表明,当压力在0.04kpa,染色时间60min时,实验结果最为准确可靠。在此压力下染色过程不会冲开栓塞导管,配合60 min的染色时间可对未栓塞导管进行充分染色。另外,本研究通过诱导组,利用离心机法对枝条诱导不同程度的栓塞与染色法进行了对比验证,结果表明在该染色条件下,可以很好地反映茎段的栓塞状况,保证了实验结果的准确性。在后续试验中,使用碱性副品红染色法研究木质部栓塞时可以沿用此压力及时间条件。

温度和降水对宁夏六盘山自然保护区蒙古栎年内木质部生长的影响

了解我国干旱半干旱地区树木木质部生长动态及其与气候因子之间的关系,对于评估和预测气候变化背景下的森林生产力和固碳潜力十分重要。通过微树芯采样技术,在2个生长季(2019年和2020年)监测了宁夏六盘山自然保护区内4棵蒙古栎(Quercus mongolica)年内木质部生长动态,并采用混合线性模型分别探索温度和降水对其生长速率的影响。研究发现蒙古栎的年内木质部生长动态在2个生长季内无显著差异(P>0.05),均于4月初开始生长,9月中下旬停止生长,生长季长度为(177±17)d(2019年)和(165±24)d(2020年)。混合线性模型结果显示,蒙古栎年内木质部的生长速率与采样前7、10、15天的最高、最低、平均温及总降水量均呈现显著正相关关系(P<0.01)。全球气候变化背景下,宁夏六盘山自然保护区蒙古栎年内木质部生长可能受益于未来增温湿润的气候条件。

白桦木质部汁液产量及组分变异规律解析

白桦汁液采集时间大多在早春阶段,容易采集且产量高,为探讨温度对白桦木质部汁液变化的影响及不同发育时期汁液组分质量浓度的变化,以黑龙江省东北林业大学帽儿山实验林场白桦天然次生林为研究对象,通过收集2022年和2023年的白桦汁液,统计春季汁液流量。对2023年白桦不同发育时期汁液中的碳水化合物、氨基酸、总三萜、可溶性蛋白、pH以及钾、钙、钠、镁离子质量浓度进行分析,解析汁液组分变异规律。通过连续2 a取汁的白桦与当年取汁的白桦汁液组分质量浓度对比分析,探索连续取汁是否对白桦生长发育产生影响。结果表明,白桦汁液在4—6月中产量整体呈现先增后降的趋势,高峰期集中在4—5月份,且温度的升高会促进产汁。白桦木质部汁液的总三萜、碳水化合物、氨基酸、蛋白质组分质量浓度在整个物候发育时期均呈现先升后降再升的趋势,均在旺盛生长期时达到最低值。随物候发育白桦汁液pH整体呈下降趋势,在完全展叶前不断酸化。离子质量浓度整体呈先上升后下降的趋势。持续取汁不会对白桦汁液中总三萜、氨基酸、蛋白质质量浓度造成显著影响,会使碳水化合物质量浓度及pH降低。研究结果可为黑龙江省东部山地白桦汁液的科学采集提供指导依据。

PagKNAT2/6a与PagKNAT2/6b在木质部发育中存在功能保守性

[目的]通过比较分析PagKNAT2/6a与PagKNAT2/6b在木质部发育中的功能差异,解析KNOX基因在木材形成过程中的生物学功能。[方法]利用相关软件进行基因序列比对分析;通过对转基因植株进行GUS染色和实时荧光定量(qRT-PCR)等实验进行基因表达模式分析,随后对茎部解剖学分析,进而解析PagKNAT2/6a对木质部发育的影响;最后,对次生壁合成相关基因(如纤维素合成相关基因CESA4、CESA7A、CESA7B等;半纤维素合成相关基因GUX1a、GUX1b、PARVUS;木质素合成相关基因COMT、CAD、LAC4等)的表达分析探究PagKNAT2/6a对次生壁合成的调控机制。[结果]PagKNAT2/6a与PagKNAT2/6b序列高度相似,在‘84K’不同组织中均有表达,在杨树茎、茎尖以及幼嫩叶片中表现出较高的表达量。对PagKNAT2/6a转基因植株的茎部解剖分析表明,与野生型相比,PagKNAT2/6a过表达抑制木质部发育;同时qRT-PCR分析表明PagKNAT2/6a基因通过调控次生壁合成相关基因的表达影响木质部发育。[结论]PagKNAT2/6a与PagKNAT2/6b均负调控木质部发育,同时存在功能保守性。

塞罕坝木质部生长物候与植被物候的差异及影响因素

为探究塞罕坝地区木质部生长物候与植被物候变化规律及其影响因子,基于塞罕坝样点数据的木质部生长物候监测数据及NDVI数据利用最佳阈值提取方法获得预测木质部生长物候的最佳阈值,并基于该阈值预测塞罕坝地区2010-2021年木质部起止生长物候。利用动态阈值法基于遥感数据提取植被物候,对比分析木质部生长物候与植被物候空间变化差异及其影响因子。结果表明,塞罕坝地区木质部生长始期主要集中在每年第111~150天,木质部生长末期主要集中在每年第235~257天。植被木质部生长季长度大约为96~130 d。塞罕坝地区木质部生长物候比植被物候起始期提前3~21 d,该差异主要受温度降水和坡度影响,而生长结束期延后3~43 d,该差异主要受植被覆盖度影响。木质部生长季长度比植被物候长9~64 d,主要受降水的影响。由于木质部生长比植被物候更能反映树木碳汇的形成时期,因此更长的木质部生长物候表明更多的碳积累。

7种造林树种木质部栓塞脆弱性研究

以中国北方地区7种造林树种刺槐Robiniapseudoacacia,杜梨Pyrusbetulaefolia,麻栎Quercusacutissima,苦楝Meliaazedarach,银杏Ginkgobiloba,黄连木Pistaciachinensis和元宝枫Acermono为研究对象,于秋季测定1年生枝条水势变化及其对木质部导水性和栓塞的影响,并绘制出各树种的枝条脆弱性曲线。研究发现:①利用冲洗法获得的7种被测树种苦楝、麻栎、杜梨、刺槐、元宝枫、黄连木、银杏的枝条木质部最大导水率依次为0 0543,0 0362,0 0220,0 0184,0 0141,0 0133,0 0110g·cm-2·s-1。②枝条水势与栓塞程度相关显著,随着枝条水势的下降,被测树种枝条木质部栓塞程度加重。③以导水率损失50%对应的枝条水势为临界值评价各树种栓塞脆弱性,苦楝、黄连木最大栓塞脆弱性最大,其次为刺槐和麻栎,银杏、杜梨和元宝枫3种树种栓塞脆弱性最小。④当水势下降到一定程度后,各树种相继出现极限导水率,其中麻栎、刺槐、黄连木和苦楝4种树种最大导水率损失高达94%～96%,银杏和杜梨90%左右,元宝枫仅为78%。⑤多数被测树种栓塞脆弱性拟合曲线为倒数形式,苦楝和麻栎为指数形式。拟合方程均为极显著。

刺槐木质部栓塞与生理生态特性研究

在不同的土壤水分含量和不同的测定时间条件下,对刺槐的一系列生理生态指标:净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水势、大气温度、相对湿度、光合有效辐射以及导水率进行测定,探求刺槐木质部发生栓塞的影响因子.研究结果表明:木质部导水率损失在不同的土壤含水量以及不同的测定时间条件下是有显著性差异的;刺槐的导水率损失与净光合速率、气孔导度、水势、蒸腾速率、光合有效辐射、大气温度显著相关.

基于当年生枝木质部解剖结构的扁桃品种栓塞抗性分析

以当年生枝木质部解剖结构特征分析扁桃不同栽培品种的抗栓塞能力,可为深入了解扁桃干旱胁迫适应机制提供理论参考。利用光学显微镜解析扁桃当年生枝木质部组织解剖结构特征,通过隶属函数方法对扁桃不同品种的抗栓塞能力进行初步评价。结果表明:1)不同生态类群扁桃品种当年生枝木质部导管直径(D)、导管水力直径(Dh)、导管密度(VD)、单导管指数(Vs)和木材密度(WD)间存在极显著性差异(P<0.01),美国品种当年生枝WD和Vs高于新疆地方品种,而新疆地方品种D和VD极显著大于美国品种(P<0.01)。2)抗栓塞能力由高到低排序为S3>M7>M2>M1>M8>S14>S1>S9>S12,即美国品种的木质部抗栓塞能力高于新疆地方品种(除S3以外)。

元宝枫木质部栓塞化与木质部汁液激素含量的关系

通过盆栽法 ,对 1 a生元宝枫实生苗进行不同的干旱处理 ,然后应用冲洗法和 ELISA法对其枝条的木质部栓塞和木质部汁液中 ABA及 IAA含量进行了研究。结果表明 ,元宝枫枝条的木质部栓塞化与木质部汁液中 ABA含量呈正相关、与木质部汁液中 IAA含量呈负相关、与木质部汁液中

苎麻茎秆木质部力学性能试验

以苎麻茎秆木质部为试验对象,在RGT-10型微机控制电子万能试验机上进行了弯折、拉伸、压缩试验。试验结果表明:“华苎4号”木质部的抗弯弹性模量为7358.69MPa,最大抗弯强度为40.77MPa;拉伸弹性模量为177.26MPa,最大抗拉强度为32.25MPa;压缩弹性模量为7.70MPa。相同部位木质部的抗弯弹性模量明显高于拉伸弹性模量,最大抗弯强度大于最大抗拉强度,木质部横向抵抗变形能力强。拉伸弹性模量与压缩弹性模量有明显差异,木质部属各向异性材料,建立力学模型应采用各向异性的本构关系。

4个杨树无性系木质部导管结构与栓塞脆弱性的关系

以杨属84K、I-101及其杂交子代02-8-21、02-9-22为研究对象,采用Cochardcavitron离心机法测定木质部栓塞脆弱性(P50),利用染色法、硅胶注射法等测定每个无性系木质部导管的直径、长度、导管壁上纹孔膜面积,探究木质部导管结构与栓塞脆弱性的关系,以期建立杨树无性系的木质部结构指标体系。结果表明:4个无性系枝条的栓塞脆弱性为02-8-21>I-101>02-9-22>84K,子代02-9-22比02-8-21抗栓塞。4个无性系的导管直径为02-8-21>02-9-22>84K>I-101,导管长度为02-9-22>02-8-21>I-101>84K,纹孔膜面积为02-8-21>02-9-22>I-101>84K。回归分析表明随着杨树无性系枝条导管直径和每个导管上纹孔面积的增大,其栓塞脆弱性也随之增大,显示出较强的正相关(R2>0.7),导管长度与栓塞脆弱性显示出较弱的相关性(R2=0.019)。导管直径大小对栓塞脆弱性起决定性作用。

土壤盐胁迫下杨树次生木质部的解剖特征

对生长在苏北沿海防护林不同土壤盐度下的主栽树种杨树 (欧美杨无性系 6 9杨 )进行了解剖 ,描述了杨树次生木质部结构的特征 ,测量了次生木质部的 16个数量特征 :年轮宽度 (ARW)、导管长度 (VL)、早材和晚材的导管分子面积 (VA)、导管周长 (VP)、导管直径 (VD)、导管单孔率 (PSV)、导管频率 (VF)、纤维长度(FL)、纤维宽度 (FW)、射线高度 (RH)和射线频率 (RF)。实验结果表明 ,在不同的土壤盐度胁迫下 :(1)杨树次生木质部形态特征的差别不明显 ,但是组成分子趋向于小型化。 (2 )次生木质部数量特征的变化比较明显 ,即当土壤含盐量从 0 0 36 %逐渐升高到 0 2 89% ,杨树的年轮宽度变小 ,0 91→ 0 77mm ;纤维长度和宽度的变化分别为 6 93 8→ 5 70 4 μm和 14 9→ 13 5 μm ,射线高度和频率的变化分别为 2 84 3→ 2 4 9 2 μm和 5 8 9→ 75 5mm- 2 ,表明在盐胁迫下杨树的生长受到抑制。随着盐度的增加 0 0 36 %→ 0 2 89% ,杨树导管长度减小 ,36 7 6→ 341 5 μm ;在早材和晚材中 ,导管面积变化分别为 15 75 6→ 170 3 6 μm2 和 76 0 1→ 94 7 7μm2 ,导管周长变化分别为 16 7 7→ 195 1μm和 12 0 8→ 14 3 7μm ,导管直径的变化分别为 4 1 8→ 4 3 4 μm和 2 9 1→ 33 1μm ,导管频率的变?

6个树种1年生枝木质部的水力特征及与栓塞修复能力的关系

【目的】植物木质部栓塞修复能力已成为植物抗旱性研究的热点。本研究探讨6个耐旱树种木质部水力特征及与栓塞修复能力之间的关系,以及决定栓塞修复能力的主要影响因子,为筛选抗旱树种提供理论依据。【方法】以西北农林科技大学博览园内生长良好的6个耐旱树种(刺槐、沙棘、榆树、元宝枫、旱柳、榛)的1年生枝为研究对象,采用Cochard Cavitron离心机诱导木质部栓塞,构建6个树种的木质部栓塞脆弱曲线,得到其栓塞脆弱性(P50)值,同时测定枝条的木质部水力直径(Dh)、黎明前木质部水势及自然状态下栓塞程度(NPLC),利用低压液流计及染色法测定已栓塞枝条不同时段(20,40,60,80,100 min)的栓塞修复程度(1-PLC),进而探究不同树种木质部栓塞修复能力与栓塞脆弱性、水力直径、黎明前水势和NPLC间的关系。【结果】1)6个树种栓塞脆弱性大小依次为刺槐>榆树>沙棘>旱柳>榛>元宝枫,其中元宝枫的抗栓塞能力最强;水力直径依次为刺槐>榆树>榛>沙棘>旱柳>元宝枫。2)用染色法测得的木质部栓塞修复程度与低压液流计测得的木质部栓塞修复程度相一致(回归方程是y=1.047x-7.567,R^2=0.863);低压液流计法测定的值完全可以反映在不同时间段栓塞枝条的修复状况。3)6个树种1年生枝木质部栓塞修复能力依次为刺槐>榆树>沙棘>旱柳>榛>元宝枫,植物重新供水后,木质部栓塞修复能力强的树种能迅速恢复栓塞导管的输水功能;栓塞修复能力与栓塞脆弱性大小顺序完全一致,呈显著的正相关(R^2=0.980),即木质部栓塞脆弱性大的树种,其栓塞修复能力也越强;回归分析表明,6个树种木质部水力直径、黎明前水势和NPLC与栓塞修复能力有很强的相关性(R^2分别为0.868,0.740,0.741)。【结论】植物木质部水力特征与栓塞修复能力密切相关,特别是木质部栓塞脆弱性(P50)和水力直径与栓塞修复能力有很强烈的正相关,是决定栓塞修复能力的主要影响因子。

Darcy定律在测定油松木质部导水特征中的应用

该文介绍了一种测定油松幼树不同部位枝条导水性的方法———冲洗法 .在立地条件相同或相近的情况下 ,选择年龄相近的 4株油松幼树 (8～ 10年生 ) ,用冲洗法进行测量 .在此基础上 ,首次成功地将Darcy定律应用于树木木质部的导水特征分析 .结果表明 ,油松幼树在相对分枝级、冠层、分枝方向等不同的情况下 ,比导率表现出不同的变化趋势 .通过对平均比导率 (Ks)差异的进一步分析 ,能够较好地反映出油松木质部的导水特征和其在抗旱中的生态策略 .

扁担木叶片和次生木质部解剖和水分生理特征的可塑性

基于叶片和次生木质部解剖特征及水分生理指标观测,研究了淮北相山不同群落中扁担木的表型可塑性.结果表明,扁担木叶片结构表现出中生特点:叶为异面叶,较薄,角质层不甚发达,气孔密度较小.次生木质部表现出旱生特点:导管频率和复孔率较高,导管分子短而窄,纤维很短,射线很低.扁担木叶片、次生木质部的解剖和水分生理特征均表现出一定的可塑性,其可塑性指数高低顺序为次生木质部解剖特征(0.24)>水分生理特征(0.19)>叶片解剖特征(0.18).与侧柏林和混交林相比,灌丛中扁担木个体对干旱生境有一定的适应能力,表现在次生木质部导管分子短,导管频率高,单孔率低,木纤维短,射线矮小,具有较大的相对输导率和较小的脆性指数;叶片水势、组织含水量、自由水含量较低,叶面积、比叶面积较小,而束缚水含量、束缚水自由水比值较高.扁担木的解剖和生理可塑性,使之能忍受群落演替早期的干旱生境,更好地适应演替后期的中生环境,从而成为广布种和混交林中的优势种.

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重要意义。以塔里木河下游的胡杨成株和2年生胡杨幼株为研究材料,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,6:30—7:30的PLC均值(58%)小于14:00—15:00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,幼株胡杨侧根的PLC均值随之增加,而叶片气孔导度随之降低,土壤含水率与侧根PLC均值,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(d95%、dh)均大于胡杨幼株,而导管密度胡杨幼株高于成株胡杨;胡杨侧根木质部ks(max)与均导管直径、水力直径之间具有显著正相关关系(R>0.9)。

番茄根系分泌物、木质部和韧皮部汁液组分对矿质氮和有机氮营养的响应

采用营养液水培方法探讨了番茄幼苗根系参数、根系分泌物、木质部和韧皮部汁液组分对矿质氮(NH_4^+-N、NO_3^--N)和有机氮(Glycine)的不同响应。结果表明,不同氮素处理8 d后,‘申粉918’、‘沪樱932’番茄根系干质量、特系体积表现为No_3^--N>GIy-N>对照>NH_4^+-N处理;而根系活力则表现为以供Gly-N或NO_3^--N为最高,其次为供NH_4^+-N的处理,对照处理最低。不同氮素形态显著影响不同番茄品种根系分泌物、木质部和韧皮部各组分含量。NO_3^--N处理的番茄根系分泌物、木质部和韧皮部汁液中的NO_3^--N和P含量最高,供Gly-N、NH_4^+-N其次,对照最低;而供Gly-N、NH_4^+-N时铵态氮、游离氨基酸、可溶性糖含量一般均高于处理No_3^--N和对照。番茄根际吸收不同氮素对根际pH亦产生不同的影响,吸收NO_3^--N和Gly-N后,根际pH显著升高,而吸收NH_4^+-N后则降低。根系分泌物可溶性蛋白含量的变化表现为NO_3^--N>Gly-N>NH_4^+-N>对照,而木质部、韧皮部可溶性蛋白含量的变化则表现为Gly-N>NO_3^-N>NH_4^+-N>对照。番茄幼苗不同品种间的差异性表现,与氮素形态有关,以根系活力为指标的基因型差异在供应No_3^--N、NH_4^+-N和Gly-N及对照时,‘沪樱932’的根系活力均显著(P<0.05)大于‘申粉918’。

107杨次生木质部PAL基因的RT-PCR扩增及其鉴定

A fragment of PAL (phenylalanine ammonia_lyase) gene was amplified by RT_PCR from poplar (Populus×euramericana cv. “74/76”) developing second xylem mRNA. It was cloned into pGEM-T Easy vector and identified by restriction enzyme, PCR amplification and sequencing. The sequence of the amplified DNA fragment was 565 base pairs. Alignment with the P. kitakamiensis PAL cDNA sequence retrieved from EMBL nucleotide acid database (accession number D30656) showed that the first 400 base pairs in both sequences were almost identical. Therefore the fragment was part of PAL gene. And both of sense and anti-sense expressional vectors were constructed.

植物木质部水力学研究进展

植物为适应陆地环境进化出木质部维管系统,通过水力学机制高效安全的向光合器官长距离运输水分,木质部水分运输对蒸腾、气孔运动、光合碳同化等生理过程有调控和协调作用,被称为植物生理学的支柱。植物水力学作为木质部水分运输的研究内容和手段,已成为整合植物与生态系统功能的中心枢纽。该文首先概述了植物水分运输的水力学机制、运输系统的局限性,以及木质部结构与功能之间的关系;其次,阐述了木质部栓塞的形成机制并详细介绍了栓塞的诱导方法和测试技术,分析了水分运输系统安全与效率之间的权衡关系,总结了植物对环境的响应和干旱致死的预测模型,讨论了测试技术问题及其引发的当前木质部逆压力修复和指数型木质部栓塞脆弱性曲线有效性的争议;最后,总结了目前植物木质部水力学研究的成果,提出了尚待解决的主要问题,探讨了研究机会与方向。