灰杨克隆繁殖、自身养分与土壤养分季节变化及其耦合关系的林缘——林内差异

阐明灰杨(Populus pruinosa Schrenk)克隆特征变化及受外界环境影响,是增强灰杨林生态服务功能的基础。本研究在中国新疆塔里木河上游灰杨河岸林,沿垂直河道方向在林缘(距河道200 m)、林内(距河道400 m)生境设置样方,于2014年4～10月,每隔20天调查两生境不定芽、未出土和出土克隆分株数量,测定横走侧根及土壤养分含量。结果表明:(1)横走侧根全氮、全磷、全钾、有机碳含量的变化趋势与不定芽和未出土分株数在4～6月逐渐增加、7～10月逐渐减少变化趋势基本一致,与土壤有机质、碱解氮、速效磷及速效钾含量在4～6月逐渐升高或保持最高水平,在7～10月逐渐降低的变化趋势同步;横走侧根碳氮比在4～6月初逐渐降低,随后呈现增大又减小的趋势;氮磷比在4～6月逐渐减小,7月显著减小后逐渐增大(林缘)或基本保持不变(林内)。(2)不论是林缘还是林内,不定芽数量受到横走侧根全氮和氮磷比的影响,未出土分株数受到横走侧根全氮、有机碳含量、碳氮比的影响;林缘不定芽数量与土壤有机质、碱解氮及速效钾含量相关紧密,未出土分株数与土壤碱解氮和速效磷显著相关,土壤养分也与横走侧根全氮、碳氮比、氮磷比紧密相关,而在林内受到土壤养分影响的主要是横走侧根全氮和氮磷比。(3)林内的不定芽、未出土及出土克隆分株数量显著低于林缘,土壤养分含量通过影响横走侧根养分含量而影响不定芽、未出土分株、出土分株数量。灰杨是杨属为数不多的国家保护植物,具有重要的生态服务功能,我们的结果对基于克隆繁殖的灰杨林保护策略提供基础数据支持。

胡杨茎叶化学计量和异速生长关系特征随发育阶段变化的性别差异

胡杨(Populus euphratica Oliv.)是荒漠河岸林防风固沙和水土保持的雌雄异株树种。该研究以不同径阶(8、12、16、20 cm)的胡杨雌雄株为研究对象,通过当年生茎、叶化学计量元素(C、N、P、K)含量及生长关系分析,探讨不同器官化学计量随发育阶段的变化及异速生长关系的性别差异。结果表明:(1)胡杨雌雄株叶片C含量表现为大径阶(20 cm)显著高于小径阶(8 cm),而其叶片N含量随着径阶的增加显著增加;雌雄株茎、叶化学计量随着径阶的增加总体上呈增加趋势,且C、N含量均与径阶呈显著正相关关系;随着径阶的增加,雌株叶片P含量呈下降趋势,与径阶呈显著负相关关系,而雌雄株茎的P、K含量呈上升趋势,且与径阶呈显著正相关关系。(2)雌株各径阶叶片的N含量及8、12、20 cm径阶的叶片P含量均显著大于相应雄株,8、16、20 cm径阶当年生茎C含量以及20 cm径阶茎N、P含量均显著高于相应雄株。(3)雌株叶片C与N在20 cm径阶的斜率指数最大,而雄株在12 cm径阶斜率指数最大,雌雄株在各发育阶段N与P的变化较稳定;在相同C含量时,雄株茎能获得更多的N含量,雌株茎在相同N的情况下能获得更多P元素。研究发现,胡杨雌雄株间茎、叶化学计量元素含量和异速生长关系特征在不同发育阶段存在着明显性别差异,成熟雌株叶片需要更多的化学计量特征含量来满足生殖需求,总体反映了自身生长及环境适应的养分分配策略。

基于叶片解剖结构对灰杨不同发育阶段的抗旱性评价

基于灰杨异形叶解剖结构,对灰杨9个发育阶段的抗旱性进行分析。通过常规石蜡制片技术,测定灰杨叶片上下表皮、栅栏组织、海绵组织和叶片厚度等10项解剖结构指标参数,运用主成分分析和隶属函数法对灰杨不同发育阶段进行抗旱性分析与评价。结果表明,灰杨异形叶解剖结构随发育阶段而变化,表现为表皮细胞数、栅栏组织细胞数、栅栏组织厚度、叶片厚度、栅/海比均随径阶增加而增加;海绵组织厚度、叶片组织结构疏松度则均随径阶增加而减少,这些指标参数与胸径呈极显著/显著正负相关关系。通过主成分分析法结合各指标的变异系数筛选出5项具有代表性的抗旱评价指标:叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮细胞数、栅栏组织细胞数、栅/海比,运用隶属函数值法对灰杨各发育阶段的抗旱性能评分排序,灰杨9个发育阶段的抗旱性由强到弱依次为:18径阶>16径阶>12径阶>14径阶>10径阶>8径阶>6径阶>4径阶>2径阶,灰杨的抗旱性随个体发育阶段逐渐增强。

库尔勒香梨杂交后代脱萼、宿萼正常果果实品质比较

本试验测定了库尔勒香梨杂交后代脱萼、宿萼正常果的果柄长度和粗度,果实横径、纵径和体积,果心横径和纵径,单果重,硬度和可溶性固形物等指标。结果表明:库尔勒香梨杂交后代脱萼、宿萼正常果的外观品质和内在品质存在差异,脱萼正常果的单果重、体积和可溶性固形物均显著大于宿萼果;脱萼正常果的果柄明显短于宿萼果;脱萼正常果的硬度小于宿萼果;其它品质如果柄粗度,果实横径和纵径,果心横径和纵径等指标变化不统一。

基于BSA混池测序分析开发胡杨性别鉴定的标记

胡杨是中国西北地区重要的乔木树种,其在新疆的分布最为广泛,具有较强的耐旱、耐寒、抗盐碱的能力,在遏制沙漠扩展、保护生物多样性、保障工农业生产生态安全等诸多方面具有不可替代的作用。为了能够在胡杨幼苗阶段对雌雄个体进行性别鉴定,本研究提取雌雄胡杨叶片高质量的基因组DNA,分别构建文库以进行Illumina、PacBio和Hi-C测序。基于PacBio测序得到的reads进行初步组装。并采用Illumina测序得到的reads对组装结果进行纠错得到草图版本的基因组。利用Hi-C测序技术将雌雄基因组组装,对雌雄基因组进行注释、评估,获得到染色体水平的高质量雌雄基因组序列。基于BSA混池测序分析,以胡杨雄株高质量基因组为参考,对96个雌株和97个雄株的BSA-seq数据进行关联分析,筛选出雌性混池深度连续为0,同时雄性混池深度连续大于10的区域。对这些区域提取包括上下游150 bp在内的序列作为性别鉴定候选区域,将性别候选区域与胡杨高质量雌株基因组进行Blast同源比对,根据性别候选区最终筛选出胡杨雌雄共有的3对特异性引物和雄性性别连锁的4对特异性引物。结果表明胡杨待测样品在雌雄共有引物对扩增出条带的基础上,若扩增出100~300 bp大小的特有条带则为雄性,若未扩增出目标条带,则为雌性。这为在幼苗期对胡杨性别进行鉴定提供了重要的理论依据,为解决行道树旁胡杨飞絮污染问题和商业化种植与应用提供了可靠的解决方案。

不同发育阶段胡杨、灰杨异形叶形态结构变化特征

试验采用主成分分析法对同一立地条件下胡杨(Populuseuphratica Oliv.)、灰杨(Populuspruinosa Schrenk)9个不同发育阶段(径阶)的异形叶形态结构性状进行分析。结果表明:胡杨、灰杨异形叶16个形态结构性状在9个不同发育阶段间存在显著差异。(1)从变异系数来看,胡杨变异最大的是叶形指数和叶柄长,灰杨变异最大的是叶柄长和叶面积,胡杨和灰杨解剖结构性状变异最大的均是表皮细胞数目和栅栏组织细胞数目。(2)叶形态的主成分分析表明影响胡杨不同发育阶段异形叶形态性状差异的主要因素是叶周长、叶面积、叶片厚度与叶片长度4个性状;影响灰杨不同发育阶段异形叶形态性状差异的主要因素是叶周长、叶片厚度、叶面积、叶片宽度以及叶形指数。(3)解剖结构的主成分分析表明表皮细胞数、海绵组织厚度、栅栏组织厚度是影响胡杨不同径阶异形叶结构性状差异的主要因素;表皮细胞长度、栅栏组织细胞长度、表皮细胞数、栅栏组织细胞数、栅栏组织厚度和海绵组织厚度是影响灰杨不同径阶异形叶结构性状差异的主要因素。胡杨、灰杨异形叶形态结构性状和与发育阶段具显著正相关或负相关性。

胡杨雌雄株冠层光合速率日变化差异及主要影响因子

以胡杨为试材,使用Li-6400便携式光合作用仪,测定了不同冠层高度下胡杨雌雄株光合参数的日变化,应用相关分析、回归分析,研究净光合速率与生理、环境因子间的关系,为植物生长调控提供理论依据。结果表明:① 胡杨雌雄株、蒸腾速率Tr与气孔限制值Ls的变化趋势均为单峰曲线,胞间二氧化碳浓度Ci日变化呈现“V”字型,水分利用效率WUE呈现上下波动趋势,胡杨雌雄株气孔导度Gs因不同冠层而表现出“单峰”型和“双峰”型两种趋势,净光合速率Pn日变化与Gs同步,峰值均出现在11:30,而Tr峰值滞后Pn、Gs2h。② 胡杨雌雄株的Pn、Gs、Ci、Tr均随着冠层的升高而增加,WUE、Ls均随着冠层的升高而减少,在11:30和15:30,胡杨雌雄冠层2 m与10 m的Gs、WUE、Tr、Ls有显著差异。③ 胡杨雌雄株对各生理因子和环境因子的响应有所不同,胡杨雌株叶片的光合作用受生理因子和生态因子的影响比雄株更显著。④ 对胡杨雌株Pn的促进作用最大的是光合有效辐射PAR,对胡杨雄株Pn的促进作用最大的是空气温度Tair;对胡杨雌雄株Tr促进作用最大的均是Tair;对胡杨雌株Ci的抑制作用最大的是PAR,对胡杨雄株Ci的抑制作用最大的是Tair;对胡杨雌株Gs的促进作用最大的是Tair,3个环境因子均对胡杨雄株Gs无显著影响。PAR是影响胡杨雌株叶片净光合速率最主要的环境因子;Tair是影响胡杨雄株叶片净光合速率最主要的环境因子。

胡杨枝条水力结构特征在雌雄间的比较分析

植物枝条水力结构特征能够反映植物水分运输能力,对了解树木生存与竞争乃至森林稳定性具有重要的生态学意义。在同一生境中比较胡杨雌、雄株枝条水力结构特征随冠层高度变化的雌雄差异,探讨胡杨雌雄株比导率(Ks)、叶比导率(Kl)、导水率丧失百分比(percent loss of hydraulic conductivity, PLC)、胡伯尔值(Hv)等水力结构参数与冠层高度的关系。结果表明:1) 随着冠层高度的增加,胡杨雌雄株枝条平均PLC随高度变化各异,变化范围在30%~55%之间,Ks和Kl逐渐增加,Hv表现出减少的趋势。2) 在同一冠层高度下,雄株枝条Ks、Kl显著高于雌株,表现出雄株水分运输效率较雌株高,且枝条末端叶片供水情况较好;雌株枝条Hv显著高于雄株,表明雌株枝条用于维持叶片水分的茎干组织在数量上较雄株多。说明在相同冠层高度下,雄株枝条导水效率显著高于雌株。3) 相关分析表明,胡杨雌雄株水力结构参数的变化和冠层高度密切相关,此外,这种变化与木质部横截面积大小有关。总之,胡杨雌雄株枝条导水率随不同冠层高度而变化,雄株比雌株表现出的导水能力更强。

新疆胡杨和灰杨古树资源调查及现状分析

采用全面清查法对新疆胡杨和灰杨古树资源进行信息采集并分析古树资源现状及存在的问题。结果表明:新疆10个地(州、市)的28个县(市、区)有胡杨古树资源分布;3个地(州、市)的9个县(市、区)有灰杨古树资源分布。各地(州、市)古树资源数量占总数量的比例:阿克苏地区、巴音郭楞蒙古自治州分别为39.53%、26.36%,其余单一地区的占比不超过10%。古树树龄结构呈金字塔形,一级、二级和三级树龄古树分别占总数的2.32%、17.82%、79.84%。118份胡杨和11份灰杨古树资源中,干旱荒漠和荒漠河岸的生境类型分布比例分别为15.25%、39.83%,农田附近及市区的生境类型分布比例分别为26.27%、18.65%,表明古树资源原生境分布受到农田开垦、城市规划等人为干扰的影响。为保护新疆胡杨和灰杨古树种质资源,建议进一步加强对所有古树资源的原地保护并保存其DNA资源。

NaCl对密胡杨(Populus talassica×P.euphratica)成活率及生理特性的影响

本试验以一年生密胡杨幼苗为研究对象,将样地调查和盆栽种植相结合,通过调查种植于塔里木盆地不同团场的密胡杨,分析其生长状况和当地土壤条件的关系,初步评估密胡杨对塔里木盆地盐碱环境的适应性;同时设置盆栽控制性试验,研究不同浓度NaCl处理下,密胡杨幼苗的生理指标变化,探讨不同梯度NaCl溶液对密胡杨的影响。通过调查发现塔里木盆地的盐碱环境不是影响密胡杨成活率的决定因素;在盆栽试验中,与对照相比,50~150 mmol/L NaCl处理条件下,密胡杨幼苗叶片相对电导率、丙二醛(MDA)含量、过氧化氢酶(CAT)活性均无显著变化;在200 mmol/L的NaCl处理下,MDA含量、过氧化物酶(POD)活性显著增加,相对电导率、超氧化物歧化酶(SOD)活性、CAT活性、游离脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均无显著变化,说明该浓度NaCl未造成密胡杨幼苗的胁迫效应,密胡杨可以适应浓度为0~200 mmol/L的NaCl溶液。本研究为塔里木盆地栽植密胡杨提供参考。

胡杨(Populus euphratica)枝叶异速生长关系随发育阶段及冠层高度变化的性别差异

胡杨(Populus euphratica)具有异形叶性,在维持干旱荒漠区生态平衡中发挥着不可代替的作用。研究枝、叶形态和生物量间的关系,探讨胡杨资源分配的策略具有重要意义。通过测定不同径阶胡杨雌雄株当年生枝、叶形态性状及生物量,研究在不同发育阶段和不同冠层高度下胡杨雌雄株枝、叶间的生长关系。结果表明:随径阶的增加,雌雄株叶片数呈减小趋势,枝条粗、叶柄长、叶柄粗、叶面积、叶片数、枝干重和每枝叶干重呈增加趋势;不同径阶胡杨雌雄株枝、叶形态间存在异速生长关系,随着径阶的变化,雄株枝叶形态转变较快,而雌株枝叶间的生物量转化效率更高;不同冠层高度胡杨雌雄株枝、叶形态间存在异速生长关系,随着冠层高度的变化,雌株枝叶形态转变较快,而雄株生物量转化效率更高。胡杨在高的冠层和成熟的发育阶段可能通过更短更粗的当年生枝条高效地为具有较大叶柄长、叶柄粗、叶面积的叶片提供水分和矿物质元素。

胡杨枝叶形态及化学计量特征的性别差异

以同一生境条件下胡杨(Populus euphratica Oliv.)雌雄株为对象,比较雌雄株枝叶形态、养分含量随发育阶段和冠层高度的变化规律及性别差异,阐明胡杨雌雄株在个体发育过程中的适应差异。结果表明:雌雄株枝叶C、N、P、K含量的变化与冠层高度的增加密切相关,与个体发育阶段无显著相关性。随着冠层高度的增加,雌雄株叶片C、N、P含量均逐渐增加,K含量均逐渐减小,当年生枝C、N、P、K含量均逐渐增加。相关分析表明,胡杨雌雄株叶片C、N及当年生枝C、N、P、K含量均与叶面积(LA)、叶片厚度(LT)、叶干重(LDW)及枝粗度(BT)呈显著正相关,与叶形指数(LI)、枝长度(BL)呈显著负相关;叶片P含量与LT和枝干重(BDM)呈显著正相关;叶片K含量与LI呈极显著正相关,与LT呈极显著负相关。同一径阶雌雄间相比较,雄株的LA和LT均显著大于雌株,枝叶C、N、P及K含量在雌雄间差异不显著;各径阶同一冠层高度雌雄间相比较,雄株BL更短、LA更大,顶部冠层处雌株叶片C、N、P、K含量均显著大于雄株。表明雄株具有较强的光能获取及减少水分散失的能力,而雌株枝叶储存的C、N、P及K含量较为丰富,这种性别差异与其形态、冠层高度有关。

中国西北地区天然胡杨群体遗传多样性及核心保护单元的构建

胡杨(Populus euphratica)是极端干旱荒漠区的珍稀乔木树种。为了确定天然胡杨群体遗传多样性保护单元并挖掘优异的种质资源,本研究以中国西北地区新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古的58个天然胡杨群体为研究对象,利用120个位点的SNPs标记对这些胡杨群体进行群体遗传结构和遗传多样性分析,并根据不同群体间Nei’s遗传相似度,采用逐步聚类优先取样法对初始群体、遗传多样性保护单元和剩余群体进行t检验。群体结构和主成分分析表明,胡杨群体可分为新疆南疆(SX)、新疆北疆(NX)、青海(QH)和混合群(甘肃、宁夏和内蒙古混合群,GNM)4个分支,遗传多样性分析表明新疆南疆(SX)遗传多样性高于其他群体。分子方差分析(AMOVA)表明天然胡杨群体的遗传变异主要分布在各个群体内。构建了天然胡杨群体一级核心保护单元3个群体(CU3),二级核心保护单元33个群体(CU33)。南疆存在较多优异抗逆的天然胡杨古树资源,南疆分布区的平均遗传多样性水平最高。综上所述,南疆地区胡杨古树遗传多样性整体高于北疆及疆外地区,结合新疆地区干旱严重指数等生境信息,建议加大对南疆胡杨古树群体的保护力度,重视北疆胡杨林的更新换代。

胡杨雌雄株叶片形态差异的比较分析

文中以胡杨雌、雄株为研究对象,研究同一生境条件下胡杨雌雄株枝叶形态特征随径阶和冠层高度的变化规律及雌雄差异。结果表明:胡杨雌雄株的叶面积、叶干重和叶鲜重与径阶和冠层高度呈极显著正相关,比叶面积、枝条长度和每枝叶片数与径阶和冠层高度呈极显著负相关,叶片厚度、枝条粗度、枝干重、每枝平均叶面积和总叶面积与冠层高度呈显著正相关,随径阶和冠层高度的增加雌雄株均表现出更加明显的耐旱性特征。同一径阶下雄株的叶面积、叶片厚度及每枝总叶面积显著大于雌株;同一冠层高度下雄株的叶面积、比叶面积、每枝平均叶面积和总叶面积显著大于雌株,枝条长度显著小于雌株,表明雄株具有较强的资源获取、储存养分及防御能力。总之,随径阶和冠层高度的增加雌雄株均表现出当年生枝短而粗,且叶片大而厚、叶片数和比叶面积减小等有利于提高对资源的获取、利用及减少蒸腾失水的防御型策略,但雄株可能具有更强的适应干旱环境的能力。这可为雌雄株的资源分配模式的不同提供理论支撑。

胡杨和灰胡杨克隆生长及光合生理的差异

以新疆阿拉尔市人工胡杨、灰胡杨混交林为研究区,比较不同地下水位生境条件下胡杨和灰胡杨种间及种内克隆生长和光合生理的差异。结果表明:同一生境条件下种间相比较,胡杨和灰胡杨克隆分株生长指标仅在叶面积、叶干重之间存在显著差异,灰胡杨的叶面积、叶干重均显著高于胡杨;灰胡杨克隆分株净光合速率、气孔导度、蒸腾速率及CO_(2)利用效率均显著高于胡杨;不同生境条件下种内相比较,胡杨、灰胡杨克隆分株的每丛分株基径、株高、叶片数、叶面积、茎干重及叶干重在地下水位1.5 m的生境显著高于地下水位2.6 m生境,而每丛分株数、比叶面积与之相反;低地下水位生境中的胡杨克隆分株气孔导度、胞间CO_(2)浓度和灰胡杨克隆分株净光合速率、水分利用效率显著高于高地下水位生境。综合分析,同一生境下,灰胡杨克隆分株对光资源的获取能力较胡杨克隆分株更强;不同生境下,胡杨、灰胡杨克隆分株生长、光合生理特性的差异与地下水埋深度有关。