美国薄荷(Monarda didyma L.)对大气增温的生理生态响应

在全球气候变化背景下,大气增温会对植物造成影响已成不争事实。该研究以一种常见的草本植物——美国薄荷(Monarda didyma L.)为实验材料,利用开顶箱(OTCs)模拟法,研究了增温处理(比对照的大气温度增加3℃)下这种植物各项生理生态指标的变化规律。结果表明,(1)增温处理第7天时,薄荷叶片的净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)与对照相比分别极显著上升了43.8%和73.6%(P<0.01);处理第14天时,与对照相比,薄荷叶片的PSII电子传递量子产率(ΦPSII)和光化学猝灭系数(q_P)均显著下降了19.6%和17.1%(P<0.05),而非光化学猝灭系数(q_N)则显著上升了17.0%(P<0.05);叶绿素含量和类胡萝卜素含量在处理14d时较对照显著下降了10.0%和14.6%(P<0.05)。(2)增温处理第7天时,美国薄荷叶片的膜脂过氧化产物丙二醛含量较对照显著降低了25.2%(P<0.05);处理第14天时,与对照相比,薄荷叶片的丙二醛含量和超氧自由基产生速率分别显著升高了12.5%和15.5%(P<0.05),而可溶性蛋白含量则显著降低了19.9%(P<0.05)。因此,处理第7天时增加温度对植物表现出正效应,促进了植株叶片的光合作用和生长发育,而处理第14天时,增温生境变成了一种胁迫,对植物的生长、生理生化代谢及其药用和食用价值均可能产生不利影响。

高浓度臭氧胁迫两种园林观赏草的逆境生理特征比较

以两种常见园林观赏草:白穗狼尾草(Pennisetum alopecuroides′White′)和拂子茅(Calamagrostis epigeios)作为试验材料,利用开顶箱(OTCs)模拟法,研究了不同高浓度臭氧(O_(3),EO):80 nmol/mol(EO-80)、120 nmol/mol(EO-120)和160 nmol/mol(EO-160)下两种观赏草叶片逆境生理特征的变化规律。结果表明:(1)短期(7 d)内随O_(3)浓度增加,白穗狼尾草叶绿素和类胡萝卜素含量较对照呈下降趋势,拂子茅较对照无显著变化。(2)在EO-120、EO-160下处理7 d时,两种观赏草叶片的净光合速率(Pn)和气孔导度(gs)较对照显著下降,且白穗狼尾草下降的幅度均大于拂子茅。(3)不同高浓度O_(3)胁迫下,两种观赏草叶片丙二醛(MDA)含量较对照均有所升高,其中在EO-160下处理21 d时白穗狼尾草和拂子茅叶片MDA含量分别增加30.2%(P<0.05)和13.5%(P>0.05),表明在EO-160浓度胁迫下白穗狼尾草受到的膜脂过氧化伤害大于拂子茅。(4)在EO-120和EO-160下处理21 d时,白穗狼尾草叶片可溶性蛋白含量较对照分别显著下降24.2%和43.1%,而拂子茅较对照分别下降19.0%和22.9%(P<0.05)。(5)与对照组相比,高浓度O_(3)下两种观赏草叶片的过氧化物酶(POD)活性随胁迫时间延长呈下降趋势,超氧化物歧化酶(SOD)活性呈先升后降。(6)综合以上生理特征比较及主成成分分析表明,佛子茅比白穗狼尾草更耐O_(3),前者在O_(3)高污染地区可能会有更高的应用价值。

高浓度臭氧对美国薄荷(Monarda didyma L.)叶片光合及抗性生理特征的影响

以一种常见药食两用植物——美国薄荷(Monarda didyma L.)为实验材料,利用开顶箱(OTC)模拟法,研究了不同臭氧浓度(40 (CK)、80、120和160 nmol·mol-1)下薄荷叶片生理生态指标的变化规律。结果表明:(1) 120、160 nmol·mol-1浓度的O3经过14 d的熏蒸对薄荷造成了明显的伤害,叶片表面出现了大量黄褐色斑块,80 nmol·mol-1处理下则无明显的可见伤害症状;(2)处理14 d时,高浓度O3熏蒸(160 nmol·mol-1)降低了薄荷叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、PSⅡ电子传递量子产率(ΦPSⅡ)和PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm),与对照相比分别下降了30.2%、53.1%、25.7%和3.6%;(3)处理14 d时,与对照相比,高浓度O3熏蒸(160 nmol·mol-1)使得薄荷叶片的丙二醛(MDA)含量显著增加(74.6%)、超氧阴离子(O2·-)产生速率显著上升(31.0%)(P <0.05);而超氧化物歧化酶(SOD)活性(19.5%)及可溶性蛋白含量(20.9%)显著下降(P<0.05),表明高浓度O3导致了严重的膜脂过氧化和氧化胁迫,并且破坏了植株抗氧化系统的功能;脱落酸(ABA)含量显著增加(31.0%),表明O3熏蒸显著促进了植物叶片的衰老和脱落(黄叶率增加)。因此,O3污染可能会对薄荷等芳香类植物的生长及其食用和药用价值带来不利的影响。

高浓度臭氧下银杏凋落叶的分解特征

为探究高浓度臭氧对凋落叶分解的影响,采用开顶箱(OTCs)模拟和凋落物网袋分解法,以经一个生长季自然条件(约40 nmol·mol^(-1))和高浓度臭氧条件(160 nmol·mol^(-1))熏蒸形成的10年生银杏凋落叶为实验材料,开展了不同浓度臭氧(对照约40 nmol·mol^(-1)和高浓度160 nmol·mol^(-1))对这两种银杏凋落叶分解速率和养分释放影响的研究。实验包括4个处理:经自然条件形成的银杏凋落叶在自然条件下分解(AA);经自然条件形成的银杏凋落叶在高浓度O_(3)条件下分解(AE);经高浓度O_(3)熏蒸形成的银杏凋落叶在自然条件下分解(EA);经高浓度O_(3)熏蒸形成的银杏凋落叶在高浓度O_(3)条件下分解(EE)。结果表明:相比于自然条件下形成的银杏凋落叶,经高浓度O_(3)熏蒸形成的银杏凋落叶中K、Mg、P、Ca、Mn、缩合单宁、木质素及总酚含量均显著下降(P<0.05),而N含量则增加了15.87%(P<0.01)。分解第195天,与AA组相比,AE组减缓了凋落叶木质素的分解(P<0.05),促进了C、N元素的释放,特别是经高浓度O_(3)熏蒸银杏的凋落叶(P<0.05)。AA组和AE组木质素剩余率分别为25.22%和29.89%,C元素剩余率分别为41.29%和36.61%,N元素剩余率分别为75.68%和70.17%。研究表明,高浓度臭氧通过改变凋落叶分解过程可间接影响城市森林生态系统主要树种的C、N循环。

沈阳市城区和郊区银杏春季叶物候变化差异及其成因分析

以沈阳市常见行道树及绿化树种银杏为研究对象,观测研究城区和郊区不同调查地银杏春季叶萌芽期及展叶期的物候差异及变化规律,分析银杏展叶速率与树木株高、胸径和环境因子(空气温度、湿度和臭氧浓度)之间的相关关系,以期阐明城区和郊区银杏春季展叶物候变化差异及影响的主要因素。结果表明:1)城区银杏萌芽期及展叶物候均提前于郊区,其中城区银杏展叶始期普遍比郊区提前4~8 d。2)银杏叶面积越大,单位面积叶干质量越高,萌芽及展叶物候出现越早,展叶速率越大,其中城区青年公园银杏同期叶面积最大(22.21 cm^2),展叶速率最高(0.84 cm^2·d^-1),显著高于郊区沈阳农业大学和辽宁装备学院银杏的叶面积和展叶速率(P<0.05)。3)银杏展叶速率与树木株高、胸径和空气温度呈显著正相关关系,与空气相对湿度和臭氧浓度无显著相关关系。研究发现环境温度、植物株高和胸径是影响植物春季展叶物候的主要因子。该研究结果有助于理解银杏春季展叶物候对区域气候变化的响应与适应规律。

光照强度对紫斑牡丹生理及生长特性的影响

紫斑牡丹(Paeonia suffruticosa var.papaveracea)是集观赏、油用及药用价值为一体的经济作物,与牡丹(Paeonia suffruticosa)相比具有较强的耐寒、耐旱性,对光照条件的要求较为苛刻。为了解紫斑牡丹对光照的需求及适应规律,本研究以3年生紫斑牡丹幼苗为材料,模拟东北地区林下光强,研究了紫斑牡丹在4种光照强度(全光照、透光率55%、25%和15%)处理下的生理及生长特性。结果表明:与全光照相比,遮阴条件下紫斑牡丹通过提高叶片色素含量、表观量子效率(AQE)、PSII最大光化学效率(Fv/Fm)及光补偿点(LCP)来提高对光能的吸收利用效率,以适应弱光环境,其中25%透光率处理的紫斑牡丹具有最高的光合性能和净光合速率(Pn),为全光照的1.58倍;在全光照处理下,紫斑牡丹叶片受到强光抑制,丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)含量显著增加(P<0.05),光合作用系统受到严重损害,光合速率较低。遮阴处理时紫斑牡丹通过增大叶片比叶面积(SLA)、降低根冠比(R/S)并促进植株株高生长来获取更多的光照,其中,25%透光率处理的紫斑牡丹株高生长量显著高于全光照和15%透光率处理,分别为二者的4.57和3.87倍。本研究表明,25%透光率是最有利于紫斑牡丹生长的理想光照条件,该结果为紫斑牡丹在东北林下的引种栽培提供了科学依据。

臭氧和增温对醉蝶花(Cleome spinosa)氧化伤害及抗氧化酶活的影响

采用开顶箱气室(OTCs)研究不同臭氧浓度(80和160 nmol·mol-1)及增温(比对照的大气温度增加2℃)对园林观赏植物醉蝶花(Cleome spinosa)氧化及抗氧化特性的影响。结果表明:(1)经过160 nmol·mol-1高浓度臭氧急性熏蒸7 d后,醉蝶花叶片出现了明显的伤害症状,叶片表面呈现较大面积的漂白褪绿斑块,其他处理下无明显可见伤害症状;(2)与对照相比,高浓度臭氧(160 nmol·mol-1)处理下醉蝶花叶片丙二醛(MDA)含量、相对电导率、过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性均分别显著升高175.7%、259.9%、111.4%、54.3%(P<0.05),而超氧自由基(O2-·)产生速率显著降低67%(P<0.05);臭氧浓度80 nmol·mol-1处理下,MDA含量显著升高65.5%(P<0.05),CAT活性显著下降65.9%(P<0.05),说明醉蝶花在臭氧浓度80 nmol·mol-1左右时具有较高的臭氧耐受性,而臭氧浓度160 nmol·mol-1左右时植物叶片遭受臭氧胁迫,主要通过增强POD和SOD等抗氧化酶活性来抵御氧化伤害;(3)单独增温导致醉蝶花叶片的MDA含量和相对电导率显著升高62.1%和58.1%(P<0.05),但O2-·产生速率和CAT活性显著低于对照(P<0.05),分别降低了28.8%和71.1%,POD和SOD活性与对照相比差别不大,可能是增温使植物自身代谢增强产生这种现象;(4)与单独臭氧处理相比(80 nmol·mol-1),臭氧(80 nmol·mol-1)增温复合处理下植物叶片CAT、POD、SOD均分别显著升高141.7%、72.1%、107.9%(P<0.05);O2-·产生速率显著下降51%(P<0.05),说明臭氧和增温复合处理使醉蝶花遭受的臭氧胁迫加剧。该研究结果可为我国应对高浓度臭氧污染的突发急性事件下的园林及城市绿化植物选择和栽培提供科学依据。