紫花苜蓿叶片和根系膜脂过氧化及C、N特征对水分和N添加的响应

为研究紫花苜蓿叶片和根系对水分和外源氮(N)添加的响应规律,在温室条件下设置水分胁迫处理(WS)(35%±5%)田间持水量(field water capacity,FWC)和充分灌溉且未渍水(WW)(70%±5%)FWC两个水分梯度,每个水分梯度下设置0、5和10 mmol·L^(-1)3个N添加水平(Nn、Nm和Nh),研究了紫花苜蓿叶片和根系膜脂过氧化的程度及C、N特征对不同水分条件和外源N添加的响应规律。结果表明:WS和外源N提高了紫花苜蓿叶片丙二醛(MDA)含量,但对根系没有显著影响。WS和N添加未影响紫花苜蓿叶片C含量,但N添加提高了根系C含量。WS未改变紫花苜蓿叶片N含量,但提高了根系N含量。外源N添加不但提高了叶片N含量,还增加了根系N含量,但叶片N含量在WW处理下对外源N添加较为敏感,而根系N含量在WS处理下对外源N的添加较为敏感,这说明紫花苜蓿叶片和根系C、N状态对N添加的响应受土壤水分条件的调控。紫花苜蓿根系C/N较叶片更高,且对水分和外源N添加的响应更为敏感。WS处理显著提高了根系δ^(13)C,对叶片δ^(13)C无显著影响。外源N添加降低了叶片和根系δ^(15)N,且在WS处理下根系δ^(15)N显著降低,叶片中δ^(15)N在WW处理下显著降低。总之,相比叶片,紫花苜蓿根系生理参数及C、N特征对水分和外源N添加采取了更为积极的策略,在生长中发挥着更重要的作用。该研究结果有助于全面掌握紫花苜蓿各器官对水分和外源N添加的响应策略,为我国旱作农业区紫花苜蓿制定精准的水肥管理制度提供了理论依据。

羌塘高原降水梯度植物叶片、根系性状变异和生态适应对策

叶片和根系是植物获取资源的最重要的器官,其性状随环境梯度的变化反映了植物光合碳获取和水分与养分的吸收能力及其对环境变化适应的生态对策。羌塘高原降水梯度带高寒草地群落叶片和根系成对性状关系研究不仅能揭示环境梯度对植物性状的塑造作用,也可为理解寒、旱和贫瘠等极端环境下植物的适应策略提供依据。为此,选择3组具有代表性的叶片和根系成对性状:比叶面积(SLA)和比根长(SRL);单位质量叶氮含量(LNmass)和单位质量根氮含量(RNmass);单位面积叶氮含量(LNarea)和单位长度根氮含量(RNlength),分析不同优势植物地上、地下成对性状变异特征及其与环境因子的关系,探讨植物性状对高寒生态系统水分和养分限制因素的适应策略。研究表明,区域气候和土壤环境导致的叶片性状变异大于根系性状的变异,干旱端的植物既具有高的SRL,又具有高的叶片和根系的养分含量(LNmass,LNarea和RNmass)。SLA⁃SRL、LNmass⁃RNmass、LNarea⁃RNlength均表现为权衡关系,在干旱端(年降雨量MAP<400 mm)的高寒草原、荒漠草原和极湿润端(MAP>600 mm)的高寒草甸这种权衡关系更为明显,而中间区域(400<MAP<600 mm)的高寒草甸养分和水分限制不是很强烈,叶片和根系性状更多地表现出协同关系。从植物功能类群来看,苔草和禾草类植物叶片和根系成对性状之间具有更强烈的权衡关系。干旱端植物通过增加SRL和叶片、根系养分含量来提高水分和养分的吸收能力,同时通过叶片高的氮含量提高光合碳获取能力,保障了根系生长的物质来源,表现出地上和地下同时投入的策略。干旱端植物保持较高的养分含量是抵御和适应严酷的寒、旱和贫瘠的环境胁迫的重要策略。而在湿润端植物则采取增加SLA,维持地上光合生产力的生态策略。

燕麦镰孢菌侵染对不同抗性青稞叶片及根系生理指标的影响

为明确抗病青稞品种‘NQK-01-03’和感病青稞品种‘甘青2号’内部及品种之间受燕麦镰孢菌侵染后引起的植株叶片和根系Pro、可溶性糖、可溶性蛋白和MDA含量的动态变化规律,采用苗期人工接种法进行研究。结果表明:‘NQK-01-03’病叶Pro含量高于健叶,可溶性糖、可溶性蛋白和MDA含量低于健叶;病根Pro、可溶性蛋白和MDA含量高于健根,可溶性糖含量低于健根。‘甘青2号’病叶和病根Pro、MDA含量高于健叶和健根,可溶性糖、可溶性蛋白含量低于健叶和健根。本试验得出,Pro含量高低与青稞品种抗病性呈负相关,而可溶性蛋白含量高低与品种抗病性成呈正相关,该结果为明确燕麦镰孢菌侵染对青稞叶片和根系生理机制提供理论依据。

基于转录组鉴定楸子叶片和根系干旱响应基因

利用RNA-Seq技术研究楸子根、叶组织响应干旱胁迫的差异表达基因(DEGs),为探讨苹果砧木不同组织的抗旱分子机制提供理论依据。结果表明,与对照相比,在干旱胁迫下根、叶组织的基因表达数被抑制。叶片得到2211个DEGs,其中1128个上调,1083个下调;根系得到4996个DEGs,其中1810个上调,3186个下调。叶片DEGs显著富集于植物激素信号转导、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸和核苷酸糖代谢以及半乳糖代谢等通路,叶片重要功能基因与ABA胁迫响应、IAA内稳态、肌醇和棉子糖合成关键酶、硝酸根转运蛋白、伸展蛋白、铁蛋白和脱水蛋白等相关。根系DEGs显著富集于苯丙烷类生物合成、植物病原菌互作、苯丙氨酸代谢、谷胱甘肽代谢以及萜类(双萜,倍半萜和三萜)生物合成等通路,重要表达基因与木质素、类胡萝卜和萜类次生代谢物、环核苷酸门控离子通道、钙离子和MAPK信号途径等相关。这些干旱响应基因在抗旱反应中可能对维持根、叶组织特异功能起到重要的作用。

紫花苜蓿形态和生理指标响应干旱胁迫的品种特异性

为研究紫花苜蓿在叶片和根系水平上响应干旱胁迫的形态和生理的品种特异性规律,在温室内分析了干旱胁迫下WL363HQ和巨能7紫花苜蓿株高、分枝数、生物量及叶片和根系中丙二醛(MDA)、脯氨酸、抗氧化酶类物质、C、N含量、C/N、稳定性C同位素(δ^(13)C)和稳定性N同位素(δ^(15)N)。结果表明:干旱胁迫显著降低了供试品种地上部分和根系的干重及分枝数(P<0.05)。干旱胁迫显著降低了巨能7的株高(P<0.05),但增加了巨能7的根冠比,而WL363HQ的结果与之相反,这说明干旱胁迫下供试品种的株高和根冠比具有品种特异性的规律。干旱胁迫增加了WL363HQ和巨能7叶片和根系中MDA和脯氨酸的含量及抗氧化酶物质的活性,且在器官水平也具有品种特异性规律。干旱胁迫下巨能7叶片的MDA含量显著增加(P<0.05),而在WL363HQ根系中的MDA含量也显著增加(P<0.05)。干旱胁迫下WL363HQ叶片脯氨酸含量、POD和SOD活性,及根系SOD的活性均显著增加(P<0.05),而巨能7仅叶片SOD活性,根系脯氨酸含量、POD活性显著升高(P<0.05)。尽管干旱胁迫对供试品种叶片和根系C、N含量无显著影响(P>0.05),但干旱胁迫显著提高了WL363HQ和巨能7紫花苜蓿根系的δ^(13)C(P<0.05),且WL363HQ叶片的δ^(15)N均显著高于巨能7(P<0.05)。此外,干旱胁迫均显著提高了巨能7叶片和根系的C/N(P<0.05)。干旱胁迫下供试品种C、N代谢参数并没有在叶片和根系中表现出较为明显的品种特异性规律,深层次的机制还有待进一步研究。本研究结果将为进一步掌握紫花苜蓿叶片和根系协同抗旱机制及抗旱丰产紫花苜蓿新品种的选育提供理论依据。

裸果木幼苗生物量和抗氧化酶活性对土壤干旱胁迫的响应

研究干旱胁迫下荒漠稀有植物裸果木幼苗生物量及其分配格局,叶片和根系抗氧化特性的变化,以揭示其抗旱机理。通过盆栽实验,设置对照(CK)、轻度干旱胁迫(LD)、中度干旱胁迫(MD)、重度干旱胁迫(SD),土壤含水量分别控制在田间持水量的45%~50%、30%~35%、15%~20%和5%~10%,分析幼苗生物量、根冠比、丙二醛(MDA)含量和抗氧化酶活性的差异性。结果表明:干旱胁迫使裸果木幼苗生物量显著降低,根冠比增加,叶片MDA含量、过氧化氢酶(CAT)及抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性均显著上升,超氧化物歧化酶(SOD)活性先显著上升后下降;根系中过氧化物酶(POD)活性显著降低,叶片中POD活性显著上升。干旱胁迫显著影响裸果木幼苗生长,但幼苗可通过增加根系生物量的分配比例来适应干旱。干旱胁迫对根系和叶片膜系统造成明显的过氧化伤害,膜伤害随胁迫程度增加而明显加重,根系抗氧化能力较叶片弱。叶片通过SOD、CAT、POD、APX酶的协同作用保护膜系统,根系主要通过SOD、CAT、APX酶减轻活性氧伤害。

降雨极端化对喀斯特草本植物功能性状的影响

植物功能性状不仅能够客观地反映植物对外部环境适应策略的差异,还可以揭示植物对群落结构和生态系统过程与功能的影响.探究植物叶片和根系主要性状对降雨极端化的响应,对揭示西南喀斯特地区草本植物对环境变化的响应和适应策略至关重要.以西南喀斯特弃耕地群落演替初期草本植物为研究对象,分析在未来降雨格局变化的背景下,随着不同级别降雨强度的极端化,喀斯特弃耕地中不同草本植物的叶片、根系功能性状的响应及二者之间的关系.结果表明:①植物功能性状的变异主要受到种间变异的影响,但叶组织密度的变异主要受种内变异的控制;②短期内,除叶组织密度外,降雨极端化对各植物叶片和根系的功能性状并无统计学意义;③叶片与根系的成对性状之间的关系为协同关系,且在短期内这种协同关系并没有随着降雨极端化而发生改变.