新疆荒漠地区C_4植物的生态分布与区系分析

以前人工作为基础,对照已发表的C3、C4植物一览表,及近年国内外陆续发表的资料,综合整理出新疆荒漠地区已知的C4植物名录,共有14科63属的279种植物,同时归纳分析了279种C4植物的分类地位、生活型、地理成分以及区系特点等方面。研究结果表明:藜科最多,其次是禾本科、莎草科、百合科和蓼科等等。所以该区的C4类型中被子植物的双子叶植物多于单子叶植物,蕨类植物和裸子植物就没有C4植物。1年生和多年生植物占优势,C4草本植物对环境的适应能力更强,是荒漠环境中植物适应自然的生物学策略,这与植物的进化密切相关。调查区内C4植物群落优势种占C4种的10%,其中125种C4植物生于沙丘中,103种C4植物生于盐生的环境,有56种C4植物生于湿地或水生的生境。证明C4植物能更好地适应干旱、盐渍等不良环境,体现了C4植物抗逆性强的生物学特点。同时依据中国种子植物属的分布区类型的划分方法,将新疆荒漠区C4植物划分为10个分布区类型,表现出植物区系地理成分的多样性;其中地中海、西亚至中亚成分占优势有13属60种。区系地理反映了物种演化过程的历史气候、地质变化动态。利用C4植物的特点以期为对当前植物抗逆育种、解决我国西北地区的荒漠化问题均具有积极的意义,对今后该地区研究提供科学依据。

荒漠植物梭梭和沙拐枣的花环结构及C_4光合特征

为了探讨梭梭(Haloxylon ammodendron)和沙拐枣(Calligonum mongolicum)适应高温强光荒漠环境的光合作 用机构及特征,通过对其同化枝的解剖结构观察,δ13C值分析,以及气体交换测定表明:二者均具有花环结构(Kranz anatomy),肉细胞(Mesophyll cell)呈栅栏状,其内侧是维管束鞘细胞(Bundle sheath cell),小维管束与维管束鞘细胞相 接。在栅栏组织和贮水组织中,梭梭具有形状巨大的含晶细胞;沙拐枣具有大量的粘液细胞。梭梭和沙拐枣同化 枝的δ13C值分别为-14.3‰和-14.8‰,在不同生长季节和土壤水分条件下,二者的δ13C值变化在-14‰到- 16‰之间。梭梭和沙拐枣的CO2补偿点分别为2 μmol·mol-1和4μmol·mol-1,光饱和点分别为1660和1756μmol· m-2·s-1,表观光合量子效率分别为0.044和O.057 mol CO2·mol-1 photons。这表明,广泛分布于我国荒漠地区的木 本植物梭梭和沙拐枣为C4植物,其光合途径不随生长季节和水分条件的变化而改变。

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。

贵州石灰岩和砂岩地区C_4和C_3植物营养元素的化学计量对N/P比值波动的影响

陆地生态系统植物的生长受到营养元素氮(N)和磷(P)的可利用性的限制。已有的证据表明营养元素的相对丰度将控制生态系统的营养元素循环和能量流动的速度。文章提出如下假设:为了适应环境的变化,植物具有可伸缩性地调整营养元素含量的能力,也就是营养元素化学计量比值变化的能力,植物N/P比值波动的影响不仅来源于N对P的相对可利用性的变化,也来源于其他营养元素化学计量的变化,尤其是与Ca的化学计量的变化。为了验证上述假设,本研究利用3种C4植物和11种C3植物,研究了植物N/P化学计量比值的波动随N与Ca和P与Ca化学计量的变化模式:对C4植物来说,N/P比值的波动主要受生物量P与Ca化学计量变化的影响;而对C3植物来说,则同时受N与Ca和P与Ca化学计量变化的控制,它们之间的相对控制能力的大小将决定植物N/P比值波动的变化梯度,C4植物和C3植物的N/P比值的波动都要受土壤pH值的影响。本研究对了解物种丰度和N对P的相对可利用性、N与Ca,以及P与Ca的化学计量之间关系具有重要意义。

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。

干旱胁迫对2种光合类型C_4荒漠植物叶片光合特征酶和抗氧化酶活性的影响

以荒漠C4草本植物蔷薇猪毛菜(NADP苹果酸酶型,NADP-ME)和粗枝猪毛菜(NAD苹果酸酶型,NADME)为研究对象,采用盆栽控水试验设置正常供水和轻度、中度、重度干旱处理(土壤含水量分别为田间持水量80%、60%、45%和35%),通过测定不同程度干旱胁迫下叶片含水量、C4光合特征酶和抗氧化酶活性等指标,探讨不同类型C4荒漠植物光合特征酶和抗氧化系统对干旱逆境的适应机制。结果显示:(1)2种植物叶片含水量均随干旱胁迫的加剧不同程度降低。(2)叶片磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)活性在中度干旱胁迫下显著增加而在重度干旱胁迫下急剧下降;蔷薇猪毛菜NAD-ME活性和粗枝猪毛菜NADP-ME活性都很低,且它们基本不受干旱胁迫的影响;随干旱胁迫的加剧,蔷薇猪毛菜NADP-ME活性呈下降趋势,而粗枝猪毛菜NAD-ME活性先显著增加而在重度干旱胁迫下显著降低。(3)随着干旱胁迫的加剧,叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性呈下降趋势,过氧化物酶(POD)活性在不同程度干旱胁迫下均有不同程度增加;过氧化氢酶(CAT)活性在中度干旱胁迫下均有不同程度的增加,但在重度干旱胁迫下蔷薇猪毛菜CAT活性降低,而粗枝猪毛菜CAT活性显著增加;丙二醛(MDA)含量随干旱胁迫的加剧均有不同程度的增加。研究认为,一定程度干旱胁迫下,2种荒漠植物的PEPC活性均有增加;不同光合类型C4植物叶片脱羧酶(NADP-ME和NAD-ME)对干旱胁迫的响应有明显的差异。POD和CAT是这两种C4植物适应干旱胁迫的主要抗氧化酶,但蔷薇猪毛菜CAT在重度干旱胁迫下没有起到积极保护作用。

内蒙古地区的C_4植物名录

根据国内外已发表的不同地区的 C4 植物名录以及实测的内蒙古地区 2 80余种植物的稳定性碳同位素值 (δ13 C) ,将内蒙古地区 2 3 2 6种维管植物中的 C4 植物名录整理出来 ,共有 1 2科 57属的 1 2 5种植物是 C4 光合功能型 ,分别属于蓼科、藜科、苋科、马齿苋科、大戟科、景天科、蒺藜科、旋花科、菊科、眼子菜科、禾本科和莎草科 .含有 4种以上 C4 植物的属为 9个 ,分别是藜属、地肤属、猪毛菜属、兔丝子属、眼子菜属、隐子草属、稗属、画眉草属和莎草属 .并归纳了1 2 5种 C4 植物的生活型、水分生态型。

中国东北草原地区牧草资源中的C_3和C_4植物

笔者以前人工作为基础,对照已发表的 C_3、C_4植物一览表及近年国内外陆续发表的资料,综合整理出东北草原地区已知的 C_3、C_4植物名录。初步了解了东北草原地区具有 C_3或 C_4光合途径的植物种类及其分布.

发菜——新疆荒漠地区的野生植物

发菜原为水生植物，在新疆的荒漠地区分布广泛，新疆的阿勒泰，博乐、霍城、福海等地是野生发莱的天然产区。发莱外形如黑发，食用可口，营养丰富，医用价值高，在国内外市场颇受欢迎。1991-1992年新疆石河子医学院、新疆农科院中心室、新疆石河子农学院分别测定了阿勒泰地区戈壁荒漠地发菜营养成分的含量。

新疆生态与地理所C3～C4中间型植物研究获进展

据科学网2015年3月21日报道,中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生物地理与生物资源重点实验室闻志彬研究团队发现,藜科猪毛菜属中松叶猪毛菜的叶片解剖结构具有类似C3-Sympegmoid型的2-3层叶肉细胞,但与C3-Sympegmoid型相比,具有更加明显并且类似于C4-Kranz结构的维管束鞘细胞、低的叶肉细胞和维管束鞘细胞的比值、更多的维管束鞘叶绿体细胞,并且维管束鞘细胞中更多、更大的线粒体沿着靠近维管束的壁分布。

新疆建成中亚最大荒漠植物物种资源库

吐鲁番沙漠植物园近日通过＂荒漠植物收集与生态景观优化＂国家生态项目专家验收,该园成为中亚地区荒漠植物物种最丰富的荒漠特殊种质资源储备库。

四种荒漠植物的光合响应(英文)

研究了胡杨 (Populus euphratica Oliv)、疏叶骆驼刺 (Alhagi sparsifolia B.Keller et Shap)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima Lbd)和头状沙拐枣 (Calligonum caput- medusae Schrenk)等四种塔克拉玛干荒漠植物的光合响应曲线 ,结果表明 :1四种植物中 ,疏叶骆驼刺光呼吸 (Rp)和 CO2 补偿点 (Γ)最高 ,净光合速率(An)以及水分利用效率 (WUE)最低 ;而 C4植物头状沙拐枣无论 Rp 还是 Γ 都最低 ,它的 An、光补偿点(L CP)及光饱和点 (LSP)都显著高于其它 3种植物 (P≤ 0 .0 5) ,而且因为非常低的蒸腾速率 (E) ,沙拐枣的WUE也较高。 2 4种植物都为喜光植物 ,但仍然表现出一定的差异。根据它们光曲线中 LCP以及暗呼吸速率 (Rd) ,4种喜光植物的喜光顺序列为 :头状沙拐枣 ,疏叶骆驼刺 ,多枝柽柳 ,胡杨。 3柽柳光合响应曲线与日变化中的 An,gs等值差异较大 ,可能是该植物的温度生态位较其它三种植物范围较窄 ,设置的 2 5℃不在其最适温度范围内 ,或者是在这个温度下气孔对光强变化的不敏感。 4综合前人的结果表明 ,在特定的环境条件、发育阶段以及经过一定的诱导处理 ,胡杨可以因诱导而表现出一些 C4植物特征。

荒漠植物叶片碳同位素组成及其水分利用效率

水分通常是影响荒漠植物生长的主要限制因子 ,然而当前很少有关于荒漠群落中植物水分利用效率的报道。作为指示水分利用效率的可靠指标 ,叶片稳定碳同位素组成 (δ13 C值 )可以用来探讨植物适应干旱环境的强弱程度。对阜康和金塔同种或同属的植物叶片δ13 C的测量结果表明 ,干旱可使植物叶片δ13 C升高 :年降水量每增加 1mm ,叶片δ13 C则降低 0 0 1‰～ 0 0 15‰。阜康荒漠灌木叶片δ13 C值明显高于草本 ,这样的趋势也存在于甘肃金塔主要荒漠植物中 ,与前人的报道也基本一致。说明灌木可能更适应干旱胁迫 ,并且这种现象可能是全球荒漠生态系统的一种共性。对阜康四种荒漠代表植物红砂、梭梭、补血草和骆驼刺的SOD活性的测定结果间接地支持了这一结果。进一步的分析表明 ,藜科、豆科和某些禾本科植物适应干旱环境的能力相对较强。

中国西部地区水-热综合环境因素对植物碳同位素组成的影响

通过对中国西部地区新疆、柴达木盆地、甘肃、西藏等地148种植物叶片稳定碳同位素组成分析,讨论了其与环境因子之间的关系.结果表明中国西部地区优势建群种δ13C为10.5‰～32.6‰,主要以C3植物为主,少量C4植物.C3植物的δ13C为22.8‰～32.6‰,平均为26.9‰;C4植物的δ13C为10.5‰～15.8‰,平均为13.1‰.在生长季节,C3植物的δ13C受降水量、湿度的影响较大,随降水量减少,δ13C逐渐偏重,随相对湿度增加,δ13C逐渐偏轻.温度对植物碳同位素组成的影响较为复杂,年均温度在0～4 C时植物碳同位素组成最轻,而随温度从4 C升高、从0 C降低时,植物碳同位素组成均呈现偏重的趋势.中国西部地区植物碳同位素组成受多种因素同时作用,植物生长期降水量和温度对植物碳同位素组成影响较大.

新疆驼绒藜属植物新发现

驼绒藜(Ceratoideslotens)具有较高的经济价值和生态价值,是西北部干旱荒漠地区重要的植物种类。由于新疆地域辽阔,生态环境变化差异大,因而会产生驼绒藜新的变种及不同生态型。

新疆特色植物——刺山柑

随着人们开发利用强度的加大以及自然生态环境变化等因素的影响,有些植物种类已经处于濒危或灭绝的边缘,新疆境内荒漠地区分布的野生药用植物资源——刺山柑就是其中之一.现对其特性、作用等作简要介绍.

新疆罗北洼地湖相沉积物有机碳同位素的变化序列及其古环境意义

测定了新疆罗布泊地区湖相沉积物CK-2钻孔样品的总有机碳含量(TOC)及其同位素组成、碳酸盐含量和C/N比值等环境代用指标,以及石膏矿物的质谱-铀系年龄。测试结果表明,20~9kaB.P.期间沉积物δ13Corg.在-23.4‰^-16.1‰之间波动且阶段性明显,与TOC呈现良好的相关关系,整体变化趋势同南极Dome C冰芯中记录的全球大气CO2浓度一致;C/N比值表明有机碳来源主要是陆生高等植物。因此大气CO2浓度变化是影响20~9kaB.P.期间罗布泊湖相沉积物δ13Corg.值变化的主导因素,周围山体上C3/C4植物相对生物量的变化则是另一重要因素。依据δ13Corg.的变化序列将此时间段湖区古环境的演化分成6个阶段:20.0~14.1kaB.P.期间受到末次盛冰期的影响,气温偏低,湖水丰沛;14.1~13.3kaB.P.是一个气候不稳定期,冷暖波动较频繁,但以暖为趋势;13.3~12.8kaB.P.期间经历了一段冷期,于12.8kaB.P.结束了末次冰期,随后气候开始转暖至11.8kaB.P.;其后气温再次变冷并维持到10kaB.P.;最后从10kaB.P.进入全新世暖期。δ13Corg.序列明显向偏负方向变化,表明该地区变暖的趋势相当明显。罗布泊地区日益干旱化是全球气候变化的结果,尤其是受到全球CO2浓度的不断升高所制约。

我国荒漠植被中的C_4植物种类分布及其与气候的关系

C4植物水分利用效率高于C3植物,CAM植物具有最高的水分利用效率。在我国荒漠地区,CAM植物稀少,C4植物,特别是C4木本植物在荒漠生态系统中具有重要地位和作用。我国荒漠地区有C4木本植物45种,包括半木本植物,占我国荒漠植物总种数的6%,集中在藜科和蓼科,分别为19种和26种。C4草本植物共计107种,其中单子叶植物48种,双子叶植物59种。C4木本植物主要分布在贺兰山以西的西北干旱荒漠区。C4草本植物的耐旱性和抗旱能力不如C4木本植物,主要分布在荒漠地区潜水埋深较浅,水分条件较好的区域,在绿洲边缘广泛分布。C4木本植物丰度与干旱紧密相关,C4草本植物丰度随湿润条件而增加。

新疆荒漠地区几种重要野生药用植物资源及其人工栽培

对中国新疆境内荒漠地区分布的几种重要的野生药用植物资源麻黄 (Ephedra)、甘草 (Glycyrrhiza)、肉苁蓉 (Cistanche)、罗布麻 (Apocynum )、白麻 (Poacynum)和刺山柑 (Capparis)的种类分布、生境、资源现状及其人工引种栽培作了简要论述。随着人类对野生药物资源的开发利用的强度加大 ,自然分布状态下的资源数量及质量不断下降 ,有些种已经处于濒危或灭绝的边缘。人工引种及栽培家化是野生药用植物资源产业化开发利用中保证原料数量的一条必要途径。经过引种试验 ,中麻黄、木贼麻黄、蓝枝麻黄、乌拉尔甘草、胀果甘草、光果甘草、肉苁蓉、管花肉苁蓉、罗布麻和刺山柑已经在吐鲁番、伊犁、尉犁、阿勒泰、阜康、石河子、和田、于田等地人工栽培条件下正常生长发育 ,人工栽培技术已经基本成熟 。