外源硅对镉胁迫下玉米生理参数及根系构型分级的影响

为探究镉(Cd)胁迫条件下,施硅(Si)对玉米幼苗生长以及根系构型分级的影响,寻求可缓解Cd对玉米毒害的有效途径,本研究采用水培试验,在Cd胁迫条件下施加不同浓度Si,测定玉米的Cd浓度及含量、生长相关指标、光合指标、根系构型,并将根系构型按根系直径进行分级比较其变化特征。结果表明,Cd胁迫条件下玉米幼苗的生长发育受到抑制,叶绿素含量上升,光合参数显著降低,总根长、根表面积、根体积、根尖数和分枝数,包括Ⅰ~Ⅲ级径级区间的根长,和Ⅰ~Ⅱ级径级区间的根表面积以及根体积显著下降。施加不同浓度Si后,玉米幼苗整株Cd含量降低了12.65%~88.07%,Cd毒害在不同程度上得到缓解,表现为株高、主根长、生物量和耐受指数的提高;总叶绿素含量在Si浓度为0.25 mmol·L^(-1)时提高了11.76%,Cd胁迫下气孔导度、胞间CO_(2)浓度和蒸腾速率分别在Si浓度为1.00 mmol·L^(-1)时显著提高;总根长、分枝数、Ⅰ级径级区间的根长、根表面积和根体积在Si浓度为1.00 mmol·L^(-1)时达到最大,当Si浓度为1.50 mmol·L^(-1)时,根表面积和根体积达到峰值。相关性分析表明Ⅰ~Ⅲ级径级区间内的总根长和根表面积,以及Ⅰ~Ⅱ级径级区间的根体积与Cd转运系数呈显著负相关;生长耐受性综合评价表明,总体上1.00 mmol·L^(-1)外源Si缓解50μmol·L^(-1)玉米Cd毒害的效果最佳。结果表明,施Si可通过降低玉米幼苗根系对Cd的吸收、积累和转运,减少地上部的Cd浓度及积累,从而减小Cd对光合系统的影响,提高玉米幼苗生物量,并进一步促进光合产物向地下部的分配,减轻Cd对根系构型的影响,提高玉米耐Cd能力,缓解Cd对玉米的毒害作用。

镉暴露条件下玉米生长及根系构型分级特征研究

为探究不同镉(Cd)浓度对玉米幼苗生长、Cd吸收动力学特征、根系构型及分级变化特征的影响,采用水培模拟方法,待玉米生长至两叶一心,施加不同浓度CdCl2·2.5H2O(0,5,10,25,50,100,200μmol·L^(-1)),胁迫5 d后采样并测定株高、主根长、地上地下部生物量、Cd含量和光合以及根系相关指标。结果表明,随着Cd胁迫程度的升高,玉米的株高、主根长、生物量、耐受指数、总根长、根表面积、根体积、分枝数和根尖数均显著下降,根平均直径和根冠比显著升高(P<0.05);Ⅰ~Ⅲ级(0~1.5 mm)根系分级下的根系参数(根长、根表面积和根体积)呈下降趋势,且与地下部Cd浓度呈显著负相关(P<0.05),处于0~0.5 mm径级区间的根长、根表面积和根体积所占的比例在Cd胁迫下有所降低。玉米幼苗地上地下部的Cd浓度及含量在Cd胁迫下显著提高,叶绿素含量降低,光合作用受到抑制。研究表明,Cd主要通过抑制细根的生长从而影响根系的形态发育,并抑制了光合作用的进行以及玉米地上和地下部的伸长和生物量的积累。

外源壳聚糖对干旱胁迫下玉米根系构型分级及生理参数的影响

【目的】探究施用壳聚糖对干旱胁迫条件下玉米生长及根系构型分级的影响,寻求可提高玉米抵抗干旱胁迫能力的有效途径。【方法】以玉米品种郑单985作为供试材料,采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫的水培试验,待玉米长至两叶一心时,施加不同质量浓度(0、25、50、100、200、400 mg·L^(-1))的壳聚糖,测定玉米生长相关指标、叶绿素含量和光合参数、丙二醛(MDA)、抗坏血酸(AsA)和谷胱甘肽(GSH)含量,并将根系构型按根系直径进行分级,比较其变化特征,通过计算不同处理玉米幼苗生理指标的平均隶属函数值进行抗旱性综合评价。【结果】与干旱处理相比,当壳聚糖质量浓度为100 mg·L^(-1)时,株高、地上部鲜质量、地下部干质量、光合速率(P n)、气孔导度(G s)、胞间二氧化碳摩尔分数(C i)、地上部抗坏血酸、地下部抗坏血酸和地上部谷胱甘肽含量指标均达到最大,分别显著提高了14.47%、85.61%、66.67%、90.10%、38.89%、106.99%、49.52%、25.54%和18.42%;Ⅲ级径级区间的根长(RL)、根表面积(SA)和根体积(RV)在壳聚糖质量浓度为100 mg·L^(-1)时显著提高。【结论】PEG-6000模拟干旱胁迫条件下,不同质量浓度外源壳聚糖的施用可以有效改善玉米幼苗在干旱胁迫下的生长。相对其他壳聚糖处理,100 mg·L^(-1)外源壳聚糖的施加较大幅度地减少了丙二醛含量,提高了抗坏血酸和谷胱甘肽含量,增强了玉米幼苗的抗氧化系统,提高了Pn、Gs、Ci、叶绿素含量、植株干鲜质量,提高了Ⅲ级径级区间的RL、SA和RV,增强了玉米幼苗对干旱胁迫的耐受性。

基于地理信息系统的植物根系分析方法

简便、快速、准确的根长测量和根系分级方法,在不同灌溉方式对作物生长影响的对比研究等方面具有重要意义。该文提出了一种利用地理信息系统技术,测量根长并对根系进行分级的方法。通过与目前常用的直接测量法、网格交叉法进行比较,发现该方法测量精度高、速度快,而且简单易用。

人工石质边坡构树根系抗剪特性研究

研究构树根系抗剪切特性,可为岩石边坡生态防护提供理论依据。采用室内单根抗剪切试验分析了上、下坡向,一级、二级、三级侧根的抗剪切强度和应力—应变曲线。结果表明:下坡向根系数量、根径大于上坡向,根系平均长度小于下坡向;根系的剪切力-应变曲线与其生长方位、根径、根系分级有相似的曲线形状;分级根系的剪切力为一级>二级,下坡向一级根系剪切力大于上坡向,但二级根系剪切力反而小,最大剪切力随根径增加而增大;根系的抗剪强度随着根径的增大而减小,呈线性关系;抗剪强度值随着根径的而增大;下坡向根系平均抗剪强度大于上坡向,各根系平均抗剪强度为一级>二级>三级,但上下坡向和各级根系间无显著差异。抗剪强度是影响边坡稳定的重要因素,它既可以加固土体,又能影响植物的锚固作用。

石质陡边坡构树根系抗拉特性研究

通过对构树根系进行室内单根拉伸试验,从根系生长方位和根系分级角度,系统分析了上、下坡向,一、二、三级侧根的抗拉强度和应力-应变曲线。试验研究结果表明:根系的抗拉强度随着根径的增大而减小,有着很好的幂函数关系,并且随着根径的增大,它们的抗拉强度值越来越接近;根系的应力-应变曲线与其自身的生长方位、根径大小、根系分级存在一定的关系;上、下坡向根系的抗拉强度之间存在显著性差异,其中下坡向根系的抗拉强度大于上坡向根系的抗拉强度;一、二、三级根系的抗拉强度之间不存在显著性差异,三级侧根抗拉强度平均值最大、二级侧根次之、一级侧根最小。由此可见,细根或毛根抗拉强度大,对保持边坡稳定的贡献较大。不同生长方位和分级根系对护坡的贡献也不相同,其中下坡向根系的贡献要大于上坡向根系,随着根系级别的增加,根系对护坡的贡献率也在增加。

施氮量对不同冬小麦品种表层根系特性及物质生产形成的影响

为明确氮肥促进小麦物质生产形成的根系农艺机制,于2018—2019年在山西农业大学小麦试验基地进行大棚池栽试验,以3个小麦品种山农29、良星77、良星99为主区,以150、270 kg/hm^(2)共2个施氮量为副区,研究不同小麦品种0~20 cm根系特性、植株干物质积累特性、产量和氮素利用效率的差异及其对氮肥的响应。结果表明,高氮处理较低氮处理显著提高了越冬、开花和成熟期表层根长,尤其开花期Ⅰ级根尖端数、Ⅱ级根长、根体积、根表面积密度,Ⅲ级根长、根体积、根尖端数和根表面积密度;降低了花后表层总根和各级根长、根体积衰减速率,尤其显著降低了Ⅲ级根、总根的根长衰减速率和根体积衰减速率;提高了各生育阶段干物质积累量;显著提高产量7.3%~13.6%、氮素利用效率1.0%~8.2%,尤以山农29差异显著;山农29较良星77和良星99显著增加了各生育时期表层(0~20 cm)总根长,显著降低了花后根长衰减速率和根体积衰减速率,显著提高了各生育阶段干物质积累量,显著提高产量15.6%~31.4%、提高氮素利用效率5.3%~15.9%;小麦开花期表层Ⅰ级根长和根尖端数与生育后期地上部干物质积累,Ⅲ级根长、根体积、根尖端数和根表面积密度与成熟期干物质量、产量和氮素利用效率显著正相关。

外源锌对镉胁迫下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响

为探究不同浓度锌(Zn)对镉(Cd)胁迫条件下玉米幼苗生长及根系构型分级的影响,通过水培试验,以玉米品种郑单958为试验材料,研究Cd胁迫条件下(50μmol·L^(-1)),外源施加不同浓度Zn(0、10、25、50、100、200和400μmol·L^(-1))对玉米幼苗生长、根系构型及其分级特征、Cd含量及根系Cd吸收能力、光合系统的影响,并通过主成分分析和隶属函数法进行综合评价.结果表明,50μmol·L^(-1)Cd胁迫对玉米幼苗具有明显的毒害作用,使叶绿素含量和光合参数显著降低,主根长、株高、生物量、根分枝数和根尖数,包括Ⅰ~Ⅲ级径级区间的根长、根表面积及Ⅰ~Ⅱ级径级区间的根体积显著下降,阻碍了玉米幼苗的正常生长发育.施用100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn与不施Zn相比,降低了玉米幼苗对Cd的吸收,显著降低了Cd含量和Cd吸收效率,缓解了对玉米幼苗的毒害作用,使地上地下部鲜重、地上部干重、地上地下部耐受指数和根分枝数均显著升高;显著增强了玉米幼苗的光合作用,促使幼苗光合速率和总叶绿素含量显著升高;Ⅰ级径级区间的RL、Ⅰ~Ⅱ级径级区间的SA和RV在100μmol·L^(-1)Zn时达到最大,Ⅲ级径级区间的RL、SA和RV在200μmol·L^(-1)Zn时达到最大,均显著高于不施Zn处理;玉米幼苗生长耐受性综合评价表明,100μmol·L^(-1)和200μmol·L^(-1)Zn缓解Cd毒害作用效果较好.综合分析可知,施加适宜浓度的Zn可以降低玉米幼苗植株内Cd含量、根系Cd吸收能力及Cd吸收效率,提高玉米幼苗生物量的积累,减轻Cd毒害对根系构型的影响,减少对光合系统的影响,提高玉米幼苗对Cd的耐受性.

天山林区六种灌木生物量的建模及其器官分配的适应性

灌木全株生物量估算模型的构建仍存在一定困难,对灌木生物量在器官分配上所体现的适应性研究也不够充分。以天山林区6种常见灌木为研究对象,在天山的东段、中段、西段林区分别设置样地进行群落调查,由此以全株收获法取得6种常见灌木若干标准株的全株、根、枝、叶及各径级根的生物量,将D^2H(地径平方与高度的乘积)与V(冠幅面积与高度的乘积)分别选为估测模型的自变量,通过回归分析法建立了各种灌木全株生物量的最优估算模型,然后比较了此6种灌木全株生物量在营养器官上分配差异以及根系生物量在径级上的分配差异。结果表明:(1)天山林区6种常见灌木中,小檗(Berberis heteropoda Schrenk)、忍冬(Lonicera hispida Pall.ex Roem.et Schuet.)、栒子(Cotoneaster melanocarpus Lodd.)的全株生物量约为8.48—9.01 kg,蔷薇(Rosa spinosissima L.)、绣线菊(Spiraea hypericifolia L.)、方枝柏(Juniperus pseudosabina Fisch.et Mey.)的全株生物量约为2.71—3.20 kg;(2)蔷薇、绣线菊、栒子的全株生物量最优估测模型是以V为自变量的函数,小檗、忍冬、方枝柏的全株生物量最优估测模型是以D^2H为自变量的函数,各模型R^2值均在0.850以上,且在P<0.05水平上达到显著,模型模拟结果达到了较高的准确度;(3)6种灌木全株生物量在根、枝上的分配比重差异不显著,仅在叶上的分配比重有差异(P<0.05);根系生物量在径级上的分配均呈现随根系径级下降而减少的规律,6种灌木在径级大于2 mm根上的分配比重存在差异(P<0.05,径级大于20 mm根为P<0.01水平);(4)6种灌木全株生物量在营养器官上的分配差异以及根系生物量在径级上的分配差异均体现了各物种对其生境选择的适应策略。

基于根系发育分级的砂壤土下成熟林木根系构型分析

基于根系发育分级标准分析不同等级根系的形态特征和各级根系的生长发育策略,可以为未来成熟林木根系预测和模型构建提供参考。该研究以30多年生的两个毛白杨(Populus tomentosa)和一个刺槐(Robinia pseudoacacia)的根系系统为研究对象,通过全挖法获取研究材料,以Rose(1983)提出的发育分级标准作为根系分级标准,分析了不同等级根系的基径、根长、连结长度、根系数量等形态特征以及不同等级根系间的拓扑关系。研究结果表明:1)3个根系系统的修正拓扑指数qa、qb均接近于0,拓扑指数TI均接近于0.5,说明3个根系系统均呈现叉状分支;3个根系系统垂直分布最深达到5.7–6.4 m,水平分布最长达到7.6–13.5 m;同一树种根系存在连生关系。2)3个根系系统能够分支到7–8级根;一级根基径和长度显著高于后几级根,一级根基径是后几级根的5.79–36.92倍,一级根长度是后几级根的1.45–9.11倍;根系数量随着根系等级增加先增后减,在三级根上达到最大值。3)在前三级根中,各级根上的连结长度从根基到根尖变化不大,说明子级根在母级根上分布均匀,能够充分高效地吸收土壤资源。4)母级根对子级根的基径拟合线性方程斜率,一级根最小(平均斜率0.15),二级根和三级根的斜率相差不大(平均斜率0.34、0.35),说明一级根优先发育自身直径,达到锚固和支撑的作用,二、三级根则会优先发育子级根,通过不断增强子级根以达到高效占领土壤空间的目的。5)基径对长度的拟合线性方程斜率随着根系等级增加而增加(平均斜率从10.46增长至90.43),说明高级别根系会倾向于发展根系长度来达到探索资源、拓展空间的目的。

Vertical root distribution characters of Robinia pseudoacacia on the Loess Plateau in China

On the Loess Plateau, water is the main limiting factors for vegetation growth. Root distribution characters have special ecological meaning as it reflected the utilizations of trees to the environments. Even-aged stands ofRobinia pseudoacacia on slope lands facing south and north were selected as sampling plots for root distribution investigation. Investigatiing results showed that indicated that on all sites, root biomass decreased with depth, and the distribution depth of fine root was deeper than that of coarser root. The results of variance analysis indicated that there were great differences in root biomass among different diameter classes, and coarser root was the main sources of variance, and the root biomass, especially fine root (?<3mm) biomass on northern exposition sites was bigger than that on southern exposition sites. Analysis of the vertical root distribution parameters, root extinction coefficient, β indicated that the value of β on northern exposition was more than 0.982, while the value of β on southern exposition was less than 0.982, which indicated that the vertical root distribution depth ofRobinia pseudoacacia on southern exposition was deeper than that on southern exposition. And the distribution depth of fine roots (Φ<1mm) was deeper than that of thicker roots(Φ<3mm), which was in favor of the uptake of water and nutrients from deeper layers, helped the trees to adapt the arid environment, and promoted the growth of the upper parts of the tree. Keywords Root diameter classes - Variance analysis - Root extinction coefficient - Vertical distribution characters - Site conditions - Loess Plateau CLC number S792.27.01 Document code A Foundation Item: This research was supported by National Natural Science Foundation of China (30371150 and 40371075).Biography: LI Peng (1974-) male, post: Ph. D. in Northwest Scientific & Technological University of Agriculture and Forestry, Yangling 712100, Shaanxi Province, P. R. China. Tel: 029-82312651.Responsible editor: Chai Ruihal

不同增温模式对西南亚高山针叶林云杉养分及其化学计量特征的影响

由于昼、夜增温速率的不对称性,植物对白天与夜间温度变化的响应呈现差异,研究西南亚高山针叶树种粗枝云杉(Picea asperata)各级根系和叶片的养分(C、N、P、K、Ca、Mg)及其化学计量特征对昼、夜增温的响应差异,有助于加深气候变暖对高海拔地区植物影响机制的理解.采用红外辐射加热对云杉幼苗分别进行白天和夜间增温,同时设置对照.结果表明:(1)云杉根系形态结构和养分含量呈现模块化特征,低级根(1-2级)的比根长、比表面积及N、K、Ca、Mg含量均显著大于高级根(3-5级),叶片C、N、P、K含量均显著大于根系;(2)昼、夜增温均显著增加了云杉叶片N、P、K、Mg含量(白天增幅分别为17.58%、66.12%、11.00%、18.31%;夜间增幅分别为37.12%、6.63%、29.50%、4.97%),但云杉根系的养分吸收与分配情况对两种增温模式的响应不同.白天增温显著增加了云杉各级根系C、N、P含量及高级根K含量(增幅分别为2.09%-2.69%、15.28%-69.87%、26.39%-86.26%、19.73%-32.28%),降低了各级根系Mg含量及低级根K含量(降幅分别为8.09%-19.68%、14.98%-27.73%);夜间增温显著增加了云杉各级根系N含量(增幅为9.70%-50.14%),降低了各级根系C、P、K、Mg含量(降幅分别为4.85%-17.88%、5.27%-29.92%、16.52%-25.56%、4.99%-16.92%);(3)云杉低级根与叶片C:N、C:P比值大于高级根,白天增温显著降低了各级根系与叶片的C:N、C:P比值;夜间增温显著降低了各级根系、叶片的C:N比值与低级根的C:P比值,增加了高级根的C:P比值,昼、夜增温在一定程度上缓解了氮磷限制情况.综上所述,昼、夜增温对云杉养分积累与分配影响呈现出差异,对植物生长的影响机制不同,在森林生态系统气候变暖研究中应该同时考虑白天、夜间增温的影响,进而准确预测气候变暖对高海拔地区植物的影响.(图3表2参51)