5个蔷薇科树种栓塞疲劳及其与导管解剖结构的关系

栓塞疲劳是植物已发生过一次栓塞,经过栓塞恢复后再次遇到干旱胁迫时其抗栓塞能力减弱的现象。栓塞疲劳会削弱木质部的水分运输,威胁干旱事件下植物的生长和生存。作为北温带代表性之一的物种,蔷薇科植物常遭受干旱胁迫。为明确蔷薇科常见树种是否发生栓塞疲劳现象,并揭示造成疲劳现象种间差异的木质部解剖学机理,以梨(Pyrus bretschneideri)、苹果(Malus pumila)、桃(Prunus persica)、李(Prunus salicina)和樱桃(Prunus pseudocerasus)为材料,通过Cavitron离心机技术评估栓塞疲劳的发生及程度,分析栓塞疲劳程度(degree of cavitation fatigue,DCF)与木质部导管解剖结构特征(导管直径、密度、连接度、内径跨度、导管间壁厚、导管抗垮塌能力)的关系。结果表明,5个树种都发生栓塞疲劳现象,均为“脆弱树种”。各树种的栓塞疲劳程度均>70%,桃的疲劳程度最大(88.01±0.85)%,苹果的疲劳程度最小(74.21±2.16)%。DCF与导管密度呈显著负相关(P<0.05),与导管间壁厚呈极显著正相关(P<0.01),表明导管密度越小、导管间壁厚度越厚的树种发生的栓塞疲劳程度越大。考虑到导管间纹孔结构对树种栓塞抗性发挥重要作用,未来研究应结合木质部导管水平和纹孔水平进行全面分析以提高在气候变化下频繁干旱事件对树木抗栓塞能力影响的认知。

壶瓶枣果实发育过程中果柄导管形态变化与裂果关系

[目的]阐明壶瓶枣果实发育过程中果柄导管形态及运输效率的变化,明确果实通过维管束系统吸水与其裂果的关系,完善枣裂果机理。[方法]以壶瓶枣(Ziziphus jujube Mill.cv.Huping)为试材,于白熟期(8月19日)开始对选定枣树进行定量灌溉处理,每7 d测定、灌溉一次,使处理组土壤含水量维持在田间最大持水量的(80±5)%,对照组的土壤含水量控制在田间最大持水量的(20±5)%。于果实发育后期分别调查降雨前(9月18日)、降雨后(9月22日)枣果的裂果率;分别在幼果期(7月28日)、白熟期(8月15日)、半红期(9月5日)和全红期(9月17日)进行采样,跟踪枣果实发育进程。品红示踪试验中采用二次枝浸泡和枣吊浸泡两种形式,观察不同时期二次枝、枣吊和果柄维管束系统运输效率的变化;取健康枣果的果柄进行石蜡切片,经FAA液固定、常规方法包埋、制作切片、番红-固绿复染,观察枣果果柄导管形态随果实发育的变化规律。[结果]裂果率调查结果显示,枣果发育后期灌溉和对照两种处理的裂果率分别为2.60%和2.58%,二者间差异不显著,表明充足灌溉并未引起裂果;降雨后,灌溉组和对照组处理的裂果率与降雨前相比均显著升高,分别达到42.90%和40.80%,且两组间差异并不显著,表明降雨会明显导致裂果率上升。品红示踪试验结果表明,在整个果实发育期,品红溶液均能通过二次枝顺畅运送至枣吊,但能否运送至枣果与果实发育期密切相关。幼果期,品红溶液在5 min之内便可顺利输送至枣果,且输送数量和范围随着时间延长而逐渐增大;随着果实发育,品红运输至枣果的难度逐渐增大,白熟期时处理40 min后仅有少许品红输送至枣果;至半红期和全红期,品红溶液几乎不能输送至枣果,这表明果柄可能是品红不能顺利运输至枣果的主要障碍。石蜡切片结果表明,幼果期正常导管所占比例为97.22%,白熟期时正常导管的比例下降至34.95%,且开始出现断裂、退化和畸形,半红期和全红期正常导管的比例仅剩13%左右,导管断裂、退化和畸形进一步加剧,并且开始出现导管堵塞现象,且全红期导管堵塞的数量和程度均高于半红期。[结论]壶瓶枣果实发育后期,果柄导管出现断裂、畸形、退化、堵塞等现象,其运输能力受损或丧失,导致根系吸收的水分难以通过"根系-枝干-二次枝-枣吊-果柄-果实"维管束系统大量进入果实,从而不会引发大量裂果。

桃3种砧木次生木质部导管分子性状比较

为桃树抗寒砧木的选择提供参考依据,采用组织离析、显微照相与生物计量统计法,检测并比较了山桃(Prunus davidiana)(SP)、毛桃(P.persica)(MP)和珲春桃(P.persica cv.Hun-chun-tao)(HP)3种桃砧木根与茎导管分子形态和大小。结果表明,3种桃砧木导管分子性状相比较,根与茎导管分子侧壁次生增厚和木质化的方式、纹孔式、穿孔板类型以及其根一端具尾的导管分子比例基本相似,其茎导管分子均具有螺旋加厚现象,但是,两端具尾、一端具尾、两端无尾、两端倾斜、一端倾斜和两端水平的导管分子比例以及导管分子的长度与直径、根与茎导管分子长度与直径的比率均存在差异。

木质部导管空穴化研究中的几个热点问题

导管的空穴化和栓塞化现象是目前国际上水分生理生态研究的一个热点。该文对导管空穴化和栓塞化研究中出现的几个热点问题进行了概括和总结。 1)在研究导管空穴化的实验手段上 ,超声波传感器探测法具有一定的局限性 ;目前至少存在 4种可能的原因来解释木质部压力探针法 (XPP)和压力室法所测得的导管水柱张力不一致的现象 ;近来出现的核磁共振成像法可以进行导管空穴化的无损伤检测。 2 )导管解剖学特征与形成空穴的可能性之间的关系可能与树种相关。 3)导管空穴化引起气孔关闭的作用机制目前还不太清楚。 4 )植物防止空穴化产生的能力与适应干旱能力之间的关系还没有定论。 5 )单独用根压来解释空穴化导管的重新注水机制是不全面的 。

初生根的形态解剖结构与春小麦抗旱性的关系初探

生长在半干旱条件下的春小麦，如果其初生根数目较少或者种子根后生木质部的中央大导管的直径较小，就可以提高作物对有限水分吸收的抵抗力，从而提高作物群体的抗旱能力．这是其形态解剖结构对水分胁迫的一种适应．因此，初生根数目及根中木质部中央大导管的直径均可作为抗旱品种选育的参考指标．实验采用快速冷冻切片法对甘肃陇中地区５个春小麦品种的初生根进行形态解剖学分析，以此比较５个春小麦品种的相对抗旱性强弱．

梨树和桃树新梢次生木质部细胞解离的比较研究

采用Joffrey氏离析法[1]对梨和桃各3个品种新梢次生木质部细胞解离,在扫描电镜下,清晰观察到梨各品种新梢次生木质部导管细胞为孔纹导管类型,而桃为螺纹导管类型;在光镜下观察了供试各品种的导管、管胞、纤维细胞的长度和直径。结果表明:梨的导管细胞长度为429.9～440.4μm,直径为29.9～31.6μm,而桃则为303.1～316.7μm和26.2～35.1μm。梨与桃表现了极显著差异;管胞和纤维细胞长度和直径也表现了显著和极显著差异。

植物导管壁面增厚结构水动力学模型与流动阻力特性

针对植物木质部导管壁面增厚结构对流动阻力特性的影响问题,提出一种基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)的植物导管流体建模方法。建立了导管内壁增厚结构的伯努利数学模型,分析导管内径、增厚纹宽、纹高、纹间距和倾斜角等几何结构与导管流阻系数之间的关系;基于剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型建立了螺纹与环纹导管流场仿真模型,对不同几何结构的增厚导管内部水分流动的流场进行了数值模拟。结果表明,导管内径,增厚纹间距和纹高等结构对流体阻力影响显著,增厚纹宽、倾斜角等结构的变化对流体阻力影响较小;壁面增厚结构对小导管的流动阻力影响更加明显,纹高为2.3μm时,在内径为16μm的导管中增厚结构产生的结构流阻占总流阻的57.0%,而内径50μm的导管中增厚结构流阻只占总流阻的27.2%;具有相同结构参数的环纹导管与螺纹导管的水分传输效率接近,且随着导管内径增大两者压降越来越接近(相差小于0.5%)。研究结果为深入研究植物导管水动力学传输特性提供理论依据。

大豆属植物茎的次生木质部结构研究

利用光学显微技术和扫描电镜技术，对大豆属ClycineL.的4种类型植物茎材进行比较解剖学研究．结果表明，4种类型植物的茎材横切面均为散孔材。野生大豆茎材多为单管孔．少见复管孔；半野生大豆具复管孔，少见多细胞的管孔链；半栽培大豆茎材中复管孔和管孔链较多；而栽培大豆的复管孔和管孔链更多且普遍．野生大豆单列射线多，多列射线少半野生大豆有少数多列射线；半栽培大豆多列射线较多；栽培大豆多列射线细胞组成的射线最多．大豆种植物的次生木质部导管的侵填体分布不同，各种结构的演化途径为野生大豆→半野生大豆→半栽培大豆→栽培大豆野生大豆结构较原始。

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。

不同水分胁迫下几种春小麦种子根形态结构的研究

实验采用快速冷冻切片法及显微摄像系统观察法对甘肃陇中地区 6个品种春小麦在不同水分状况下的种子根进行了形态结构研究。结果表明 ,在不同程度水分胁迫下的同一品种春小麦 ,种子根后生木质部导管 (中央大导管 )直径有显著的差异 ,但这种变化趋势并不是简单的线性关系。随着水分胁迫的增大 ,不同品种春小麦种子根中央大导管的直径有不同的变化趋势。不同品种春小麦在不同程度的水分胁迫下 ,随着胁迫的增大 ,各品种中央大导管直径的变化都逐渐趋于同一区域 。

不同品种梨新梢木质部细胞的解剖学比较分析

研究‘水晶梨’、‘丰水梨’的细胞解剖学结构,试图为梨树的生理生态特性及其进化提供理论依据。以‘水晶梨’、‘丰水梨’与对照品种‘酥梨’的新梢木质部细胞为试材,对3个梨品种的导管分子、管胞分子以及纤维分子等细胞解剖学特征进行了比较分析。结果表明:‘水晶梨’较‘丰水梨’和‘酥梨’导管细胞上的纹孔大且致密,畸形导管明显比‘丰水梨’和‘酥梨’少。‘丰水梨’导管分子的最大直径较‘水晶梨’和‘酥梨’大,差异达到极显著水平;端尾长度较‘水晶梨’和‘酥梨’短,差异达到极显著水平;纤维分子长度较‘水晶梨’和‘酥梨’无显著差异;纤维分子直径较‘水晶梨’和‘酥梨’小,差异达到极显著水平。与‘酥梨’相比,‘水晶梨’导管的横向运输能力强,‘丰水梨’导管的纵向运输能力强,这些特征有利于提高它们的生态适应性。

植物激素与木材形成

综述了植物激素在树木维管组织分化中的作用．生长素是调节木质部细胞分化的主要因子；细胞分裂素在诱导分生组织发端和分生细胞分化上起重要作用；赤霉素促进纤维的形成，赤霉素和生长素结合使用，可有效地促进次生木质部中纤维分化；乙烯能促进树木韧皮部和木质部分化。还讨沦了木材形成过程中的三个主要问题：生长素含量的多少直接控制了沿树轴木质部导管、管胞的大小和密度；外界环境因子影响木质部细胞分化；温带落叶阔叶树环孔材和散孔材形成的机理，生长素控制环孔材树种早材宽导管的形成以及晚材窄导管和纤维形成的假说。对今后改善树木木材的质和量上有一定参考价值。

葡萄枝条次生木质部细胞的解剖研究

对巨峰、龙眼两个葡萄品种和红星苹果品种成熟的新梢次生维管组织进行了细胞解离和比较分析研究。结果表明，葡萄两品种枝条次生木质部导管细胞类型属梯纹导管型，红星苹果为孔纹导管型。葡萄两品种导管细胞长度平均为４２３ ．６４μｍ ，细胞的最大直径为８３ ．１１μｍ ；红星苹果导管细胞长度为４４２ ．３８μｍ ，细胞最大直径为４６ ．４０μｍ 。比较分析显示，葡萄两品种导管细胞长度均较红星苹果短，差异虽不显著，但其导管细胞的最大直径则极显著地宽于红星苹果；管胞长度和直径均较红星苹果长而宽，差异达极显著水平；纤维细胞显著地短而宽于红星苹果。

维管植物木质部输导特性以及仿生应用的研究

本文从细胞壁、导管(管胞)、木质部三个不同的层次分别论述了维管植物木质部的耐压性和韧性机理,并对木质部强有力的输导性机理进行了阐述。从仿生学角度出发,分别提出了仿生耐压管道和一次性超强榆导毛细管束的仿生结构模型。其中仿生耐压管道自内向外分别由内管、纤维层、增厚层、均压层和保护层组成,具有很好的耐压性和一定的保温性;一次性超强输导毛细管束采用许多根微细的毛细管加以穿孔板组成,能最大限度地维持水的内聚张力。

几种果树茎的解剖学观察

通过对葡萄(Vitis vinifera)、核桃(Juglans ragia)、枫杨(Pterocaryastenoptera)、核桃楸(Juglans mandshurica)、薄壳山核桃(Carya illinoiensis)樱桃(Cerasus pseudocerasus)、桃(Amygdalus persica)、枣(Zizyphusjujuba)、苹果(Malus pureila)和梨(Pyrus bretschneideri)10种果树1a 生发育枝的解剖学观察,比较并描述了不同果树茎的结构特点,阐述了与其结构相应的生长发育特性及不同果树扦插、嫁接等无性繁殖难易程度所不同的解剖学原因。

中国金缕梅科12属植物次生木质部的比较解剖

本文采用常规的木材解剖学方法,对我国金缕梅科(Hamamelidacea)5个亚科12属14种植物,进行了木材比较解剖学研究,结果表明,本科中最原始的是金缕梅亚科(Hamamelidaceae)的(?)木属;最进化的是同亚科的蚊母树属和水丝梨属,这说明金缕梅亚科内部各属之间的进化程度并不一致,其它4个亚科中的7个属,进化程度处于(?)木属和蚊母树属、水丝梨属之间,壳菜果和枫香树这两个亚科内,各自的属间进化程度较为一致,马蹄荷亚科与红花荷亚科均各只有一个属,它们的进化程度相对于金缕梅亚科的3个属来说,较为居中,且彼此也很相近,总的来说,除了金缕梅亚科内部各属进化程度差异较大以外,剩下的4个亚科进化程度都较为接近,在同一亚科内,属间木材结构有一定的差异,但程度有所不同。

苹果和山梨导管的解剖学研究

采用离析法和光学显微技术,对苹果和山梨木质部导管细胞的类型、所占比例及导管细胞的长度和口径,纤维细胞的长度和口径进行了比较解剖研究.结果表明:两种材料导管类型相同,但所占比例不同;山梨木质部导管要比苹果木质部导管长且宽;山梨的纤维细胞长度和口径比苹果的纤维细胞长度和口径大,且长度上差异明显.

两种山龙眼科植物次生木质部导管分子及其穿孔板的观察

利用扫描电镜对山龙眼科斑克木属斑克木、银桦属红花银桦的次生木质部的导管分子进行了观察,分别描述了导管分子和穿孔板的不同形态及侧壁纹孔的分布方式。结果表明这两个种的单穿孔板都有具尾的现象,斑克木的侧壁纹孔有少量的对列-互列式分布,红花银桦则全部为互列式分布,显示了红花银桦较斑克木的导管分子演化程度更高。

桂花木质部导管分子形态学研究

运用离析和显微观测的方法，对桂花枝条木质部导管分子形态特征进行了研究．研究表明：桂花1至3年生枝条具多种类型的导管分子，主要类型为环纹和孔纹导管分子；大多数导管分子具有尾状结构，一端具尾或两端具尾，无尾导管分子较少；导管分子穿孔板类型为单穿孔，大多数穿孔板倾斜31°～60°；金桂与丹桂导管分子形态特征无明显差别，1至3年生枝条导管长度平均444．86μm，直径平均31．13μm，长度和直径随枝龄的增加而增大．

中国栗属和三棱栎属木材比较解剖学研究

本研究在光学显微镜和扫描电子显微镜下观察了我国产栗属(Castanea Mill.)和三棱栎属(Trigonobalanus Forman)木材的解剖学特征。结果表明,在栗属中,木材为环孔材。锥栗(C.henryi Rehd.et Wils.)和板栗(C.mollissima B1.)早材比例小,晚材比例大:而茅栗(C.seguinii Dode)则相反。在三棱栎(Trigonobalanus doichangensis(A.Cam us)Forman)中,木材管孔沿径向溪流状排列,为辐射孔材。在栗属中,木材的导管分子多为单穿孔。在晚材导管分子中,偶见梯状穿孔板。而在三棱栎中,未见梯状穿孔板。此外,在两属木材中,尚存在某些其它的差异。