五种C4荒漠植物光合器官中含晶细胞的比较分析

为了探讨荒漠植物适应干旱环境的机理,选择光合器官发生很大变化的5种C4荒漠植物进行了解剖结构的对比研究。结果表明,这5种植物中含晶细胞的数量、大小、形态和分布位置等存在差异。白梭梭(Haloxylon persicum)和梭梭(H.ammodendron)的同化枝普遍具有含晶细胞;沙拐枣(Calligonum mongolicum)的含晶细胞很少,一般只分布在贮水组织或靠近栅栏组织处;木本猪毛菜(Salsola arbuscula)的含晶细胞也不多,主要分布在栅栏组织和表皮细胞之间;猪毛菜(S.collina)的含晶细胞更少,仅在贮水组织中偶尔可见晶簇。比较梭梭、白梭梭和沙拐枣同化枝不同部位的解剖结构发现,梭梭同化枝基部含晶细胞最多,中部次之,顶部最少;白梭梭同化枝顶部的含晶细胞数量较多,中部及基部较少;沙拐枣同化枝顶部与基部的粘液细胞较多,中部较少,基部几乎没有栅栏组织,而其维管组织较为发达。综合晶体的酸碱溶解性及硝酸银组化分析结果,并参照能谱仪的分析结果得知,梭梭、白梭梭、沙拐枣和木本猪毛菜的叶片或同化枝中所含晶体的主要成分为草酸钙。通过比较解剖结构发现,梭梭和白梭梭的同化枝中含晶细胞最多,其它3种植物的同化器官中含晶细胞较少,而沙拐枣同化枝中有粘液细胞存在。

不同土壤水分条件下葡萄叶片光合特性的比较

运用开放式气体交换LI-6400便携式光合作用测定系统,研究了葡萄(VitisviniferaL.cv.Yatomirosa)在不同土壤水分条件下净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)及水分利用效率(WUE)特征.结果表明,葡萄在湿润和干旱条件下净光合速率(Pn)日变化均呈不明显的双峰曲线,有轻度的中午光合下调现象;湿润条件下葡萄Pn高于干旱条件下,日平均分别为(9.16±0.10)μmol.m-2.-s1和(7.34±0.08)μmol.m-2.-s1,提高了24.8%;E也是湿润条件下高于干旱条件下,日平均分别为(2.59±0.03)mmol.m-2.-s1和(1.07±0.02)mmol.m-2.s-1,提高了142.1%;WUE则不同,日平均湿润条件下低于干旱条件下,分别为(4.28±0.16)mmolCO2.mo-l1H2O和(7.08±0.20)mmolCO2.mo-l1H2O,降低了39.6%.在土壤水分条件好时葡萄Pn升高,但蒸腾速率也明显增大;在土壤水分条件差时,虽然光合速率有所减小,但蒸腾速率大幅度减小,水分利用效率显著提高.这表明,高的土壤水分显著增大了葡萄蒸腾强度,适度干旱则有利于提高葡萄水分利用效率.

植物含晶细胞的结构与功能

文章就植物含晶细胞的组分、分布、形态、存在形式和功能的研究进展作了介绍。

C_4荒漠植物猪毛菜与木本猪毛菜的叶片解剖结构及光合生理特征

为了比较C4荒漠植物猪毛菜(Salsola collina)和木本猪毛菜(S.arbuscula)的抗旱结构和适应环境的光合作用特征,在二者混生的群落中,选择代表性植株,采集叶片进行叶片解剖结构分析,在自然条件下测定了二者叶片的气体交换参数。研究结果表明:猪毛菜叶片具表皮毛,具有更发达的薄壁贮水组织;木本猪毛菜叶片具有更厚的角质层,表皮下有1层下皮细胞,其栅栏组织细胞较长,排列更紧密。猪毛菜的净光合速率明显高于木本猪毛菜,日平均值分别为21.5和15.7μmolCO2·m–2·s–1。猪毛菜的蒸腾速率也明显高于木本猪毛菜,日平均值分别为14.9和10.2mmol·m–2·s–1。猪毛菜和木本猪毛菜的水分利用效率的日平均值分别为1.39和1.53μmolCO2·mmol–1H2O,特别是在14:00时分别为1.61和2.30μmolCO2·mmol–1H2O,木本猪毛菜高出猪毛菜约42%。猪毛菜的光补偿点低于木本猪毛菜,而光饱和点和光量子效率较高,具有更低的CO2补偿点。这表明:二者的旱生结构不同,木本猪毛菜具有更显著的荒漠植物特征;在适于二者混生的环境下,猪毛菜比木本猪毛菜的光合能力更强,而木本猪毛菜的水分利用效率更高。

不同间作条件下枣树的光合特性研究

为了解不同间作条件下枣树的光合生理特性,为绿洲枣农复合系统的优化配置提供依据,选择了枣树/玉米和枣树/紫花苜蓿两种有代表性的间作方式,用LI-6400光合作用测定系统测定了不同间作条件下枣树叶片气体交换参数的日变化。结果表明,枣树/玉米间作地(简称玉米地)和枣树/紫花苜蓿间作地(简称苜蓿地)的田间主要气象因子有显著不同;两间作地枣树叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)日变化都呈典型的单峰曲线;苜蓿地枣树的Pn最高值持续时间短暂,全天水分利用效率(WUE)较低,而玉米地枣树WUE较高。以上结果说明,间作枣树的WUE直接受种间关系影响,枣树和深根性的紫花苜蓿间作效果较差,而枣树和玉米间作则具有更高的水分利用效率和光能利用效率。

C_4荒漠植物梭梭和沙拐枣在不同水分条件下的光合作用特征

在我国河西走廊中部沙漠区,选择20年生以上C4荒漠植物梭梭(Haloxylon ammodendron)和沙拐枣(Calligonum mongolicum)植株,分干旱环境、雨后近地层空气湿润和人工树下挖坑浇水补充土壤水等3种水分条件,比较研究它们的光合作用特征。结果表明,在干旱环境下,梭梭和沙拐枣均表现出不同程度的强光下光合速率(Pn)下降现象,光系统Ⅱ光化学效率(Fv/Fm)明显降低,表现为光抑制。但在雨后空气湿润和人工浇水,使空气湿度和土壤湿度提高的条件下,2种植物的Pn日变化呈单峰型,Fv/Fm日变化小,没有光抑制现象。2种植物的Pn日平均值在雨后空气湿润条件下小于浇水后,浇水后第1天的Pn值明显高于第2天。水分条件改善后,梭梭和沙拐枣光合作用的光补偿点降低,光饱和点升高,光合速率对时间的积分加大。研究得出,水分胁迫导致C荒漠植物梭梭和沙拐枣出现光抑制,提高空气湿度或者土壤湿度,都能避免光抑制,提高光能利用率。

内陆黑河流域植物稳定碳同位素变化及其指示意义

对黑河流域山地、绿洲和荒漠区木本植物叶片或同化枝进行稳定碳同位素分析得出,山地植物稳定碳同位素比率(δ13C)在-23‰^-29‰之间,平均值为-26.3‰;绿洲植物在-26‰^-30‰之间,平均值为-27.2‰;荒漠植物在-23‰^-28‰和-12‰^-15‰两个范围,平均值分别为-26.0‰和-13.8‰,严酷生境植物δ13C值较高。同种植物在不同生境下的δ13C值,也表现为较差生境高于较好生境。荒漠河岸林树种胡杨(Populus euphratica)柳树形叶的δ13C值低于杨树形叶。无论是山区还是荒漠区,随着海拔高度增加,有些植物稳定碳同位素辨别力(Δ)减小,有些变化不明显,青海云杉(Picea crassifolia)的△值随着海拔升高线性递减显著。研究得出,荒漠植被中高水分利用效率(WUE)的C4植物占有一定比例。严酷生境下植物WUE高于较好生境。胡杨长条形叶的WUE最低,圆形叶的最高,由幼苗时期的柳树形叶向杨树形叶的演变中WUE在提高。青海云杉为黑河上游山区环境变化的重要指示植物。同种植物过高的δ13C值指示着植物的衰退和生境的严重胁迫。植物适应干旱环境是沿着有利于提高水分利用效率的方向发展。

河西走廊植物群落特征及其与气候的关系初探

对河西走廊荒漠植物的群落类型、盖度、密度、重要值、地上生物量等进行了调查,收集整理各区域的气候资料,对它们的关系进行了初步研究。结果显示:(1)物种种类组成、总密度与海拔、经度呈正相关,与纬度呈负相关,在走廊的东南→西北方向上呈递减趋势。(2)在活动积温(>10℃)>3 200℃的荒漠地区,灌木(包括半灌木)在群落中占有绝对优势,其重要值可达到100;当活动积温在3 000℃左右时,群落往往是一些过渡类型,或以草本为优势种、以半灌木或灌木为伴生种,或以半灌木为优势种、以多年生草本为伴生种。(3)在年降水量110 mm以上的荒漠地区,植物群落生活型主要为半灌木或多年生草本;在年降水量110 mm以下的地区,生活型主要为小灌木或一年生草本;在年降水量小于50 mm的极端干旱地区,只有在雨季时有一年生草本生长。表明荒漠生态系统植被稀疏,生物量小,对气候因子,特别是降水变化敏感,对其保育显得尤为重要。

玉米种子大小和灌溉制度对产量及水分利用效率的影响

位于西北干旱区河西走廊中部的临泽绿洲,近年来玉米制种业发展迅速,但弊病日益显现。针对生产中出现的一些问题,采用正交试验设计和随机试验方法,进行了种子大小和灌溉制度的研究。结果表明,同一品种不同千粒重的玉米种子,中粒种子播种产量最高,小粒种子次之,大粒种子播种产量最低。在生育期灌溉定额9000 m3/hm^2时,产量最高,灌溉定额达到10500 m3/hm^2时,产量反而降低,灌溉定额7500 m3/hm^2时水分利用效率最高。从灌水次数看出,产量及水分利用效率均随着灌水次数的增加而提高。这表明,在玉米制种生产中,要以生产成熟饱满的种子为目的,不要追求大粒种子生产;在边缘绿洲优化小区地表灌溉时,生育期灌溉定额以7500～9000 m3/hm^2为宜,灌水次数要保证需水关键期,一般8次为好。

黑河中游边缘绿洲湿润和干旱条件下棉花叶片光合特性比较

在甘肃河西走廊中部黑河中游临泽北部边缘绿洲区,测定了湿润和干旱条件下早熟陆地棉(Gossypium hirsutum L.)品种‘新陆早8号’棉花叶片的气体交换参数及叶绿素荧光参数动态日变化。结果表明:(1)不同土壤水分条件下棉花叶片均出现"光合午休"现象,但均未出现光抑制;干旱条件下引起棉花"光合午休"以非气孔因素为主,湿润条件下非气孔因素和气孔因素先后共同起作用。(2)干旱条件下棉花叶片净光合速率(Pn)在8:00～11:00高于湿润条件下,且均值提高10.5%,而其在12:00～18:00低于湿润条件下,且均值降低16.5%;干旱条件下叶片Pn和蒸腾速率(Tr)日均值(8:00～18:00)分别比湿润条件下降低4.9%和26.1%,水分利用效率(WUE)却提高了23.4%且达到显著水平。(3)不同土壤水分条件下棉花叶片PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)都于14:00达全天最低值,但最低值均大于0.80。研究发现,湿润土壤条件并不能消除棉花的"光合午休"现象;干旱土壤条件也未使棉花出现光抑制,却使一定时段的水分利用效率显著提高。

外源钙离子与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎形态结构的影响

外源钙离子对植物响应外界环境胁迫具有重要作用。寄生植物对入侵植物具有显著的抑制作用。以入侵植物喜旱莲子草为研究对象,采用完全随机区组的实验设计分析不同钙离子浓度与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎形态结构的影响,探讨外源钙离子在寄主植物响应寄生植物胁迫中的作用。研究结果表明南方菟丝子寄生可以显著改变喜旱莲子草茎的形态结构,如显著降低喜旱莲子草茎的总长、分枝数、分节数、茎直径和髓腔直径,显著增加茎的厚角厚度与皮层厚度。外源钙离子对喜旱莲子草茎总长、分枝数、分节数、茎直径、髓腔直径和维管束直径没有显著影响,但可增加喜旱莲子草茎的维管束数目,降低茎的节间长、厚角厚度与皮层厚度。外源钙离子与南方菟丝子寄生相互作用可以显著增加喜旱莲子草茎的厚角厚度与皮层厚度,表明南方菟丝子寄生与高浓度的钙离子对喜旱莲子草茎的厚角厚度和皮层厚度具有显著的拮抗的交互作用。这种交互作用可以提高寄主植物的防御能力,减少寄生植物对寄主植物的损伤。

外源钙离子对南方菟丝子寄生入侵植物喜旱莲子草效果的影响

外源钙离子可以有效地缓解植物在胁迫下受到的毒害,提高植物组织或细胞抗胁迫的能力。以喜旱莲子草为研究对象,采用完全随机区组的实验设计,研究不同钙离子浓度与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎生物量的影响,探讨外源钙离子是否可以减少南方菟丝子对喜旱莲子草的损伤。研究表明南方菟丝子寄生对喜旱莲子草的根、茎和叶的生物量具有显著影响,且南方菟丝子寄生与外源钙离子对喜旱莲子草茎和叶的生长具有显著的交互作用。不同浓度的钙离子与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎生物量存在拮抗的交互作用;而仅8 mmol/L Ca2+与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草叶生物量存在拮抗的交互作用。不同浓度钙离子均可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草茎的有害效应,仅8 mmol/L Ca2+可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草根和叶的有害效应。2—6 mmol/L的外源钙离子对南方菟丝子寄生下的喜旱莲子草的丙二醛(MDA)含量无显著影响,但可以显著地降低过氧化物酶(POD)活性,表明低浓度的外源钙离子的添加可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草的寄生胁迫,并体现在生理指标上。

干旱程度对C_3植物红砂和C_4植物珍珠光合生理参数的影响

C3和C4植物混生在草地生态系统中较多,而在荒漠生态系统少见。在中国荒漠地区,C3小灌木红砂和C4半灌木珍珠在特定生境下混生在一起,以独特方式适应高温强光和干旱的极端环境。通过在不同干旱程度下测定它们生长期叶片的光合气体交换参数,探讨它们在混生条件下对极端环境的生理响应特征。结果表明,红砂的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(E)、气孔导度(Gs)均要高于珍珠;而珍珠的水分利用效率(WUE)则要高于红砂。这表明珍珠和红砂在水分匮乏的荒漠生境下采取了不同的生存策略。红砂通过维持较高净光合速率和较高蒸腾速率来生存;而珍珠则通过高水分利用效率生存。

荒漠植物梭梭群体和叶片水平气体交换对不同土壤水分的响应

为揭示C4荒漠植物梭梭的抗旱性和适应环境的光合作用特征,在人工控制土壤水分条件下,选择代表性植株,使用改进同化箱和LI-8100土壤碳通量自动测量系统组成的群体光合作用测量系统进行测量.该系统能够自动、连续观测,在测量时光、温环境因子稳定,能够准确测定植物的群体水平光合作用.使用LI-6400测定叶片水平光合作用.在相同土壤水分条件下,群体与叶片水平光合速率存在极显著差异(P<0.001),当土壤水分为田间持水量的50%(土壤含水量约10%)左右时梭梭的光合能力最强,群体光合速率(CAP)日均值为6.22μmolCO2m-2s-1,叶片光合速率(Pn)日均值为20.18μmolCO2m-2s-1,群体为叶片水平的30.8%.升高或降低土壤水分,梭梭的光合能力都下降.CAP与Pn的线性回归关系为CAP=0.20Pn+1.82(r2=0.89,P<0.001).结果表明,适宜的土壤含水量可显著提高梭梭群体和叶片的光合能力,过高的土壤含水量不利于梭梭生长发育.梭梭群体及叶片水平的气体交换对同一水分条件有近似的响应趋势,利用拟合公式,可从叶片水平推算出群体水平的光合速率.

基于CiteSpace软件的丛枝菌根真菌近30年研究态势分析

丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌为植物专性共生真菌,可与大多数陆生植物共生,在植物养分吸收、抵御不良环境、维持生态平衡和植物多样性等方面具有重要作用。为了解AM真菌研究发展现状,本文运用CiteSpace软件,对1990–2020年Web of Science和CNKI数据库中的关键词、文献所属国家、机构、期刊、核心文献与作者进行可视化分析。结果表明,该领域发文量不断增长,其中美国发文量和中心度最高,中国发文量位居第二。国际研究机构中,西班牙高等学术研究委员会中心度最高,中国科学院发文量最高。通过对核心文献共被引和关键词突现及聚类分析发现,AM真菌研究领域不断拓展,研究深度不断增加。20世纪90年代开始,以新种描述、分类系统不断完善及培养技术改进为主;在各地菌种资源库逐步建立后,接种实验及效果评价相关研究逐渐增加;近年来环境变化的加剧使得重金属、干旱与盐胁迫以及植物修复等成为突现词。AM真菌共生的分子机理及与其他微生物的相互作用机制也成为当前研究热点。