植物体内水分长距离运输的生理生态学机制

植物体内长距离水分运输是植物生理生态学研究中的一个重要问题,长期为植物生理学家和生理生态学家所关注。木质部探针技术的问世,掀起了近年来植物生理学界最为激烈的一场争论。提出了已经有100多年,风行40年的内聚力-张力(Cohesion-Tension,C-T)学说受到质疑。随后维护派和质疑派围绕木质部探针技术、压力室技术(C-T理论的主要支撑实验技术)的可靠性展开辩论。进一步从物理学原理和各种实验上就C-T理论的3个支柱(木质部导管或管胞中巨大的张力、沿树高的压力梯度、连续水柱)进行争论。这场争论似暂告一段落,C-T理论没有被推翻,但仍留有问题期待以后的研究。

柑桔、龙眼模拟冻害枝梢水分运输能力及木质部结构观察

为探明冻害损伤对柑桔、龙眼枝梢内部水分运输功能的影响,5月初取福眼龙眼Dimocarpus longan‘Fuyan’老熟春梢和玫瑰橙Citrus sinensis‘Meiguicheng’完成自剪的春梢为试材,经模拟冻害(温度≥-5℃)处理,以不冻害处理为对照,采用苯胺蓝标记法观察枝梢水分输导功能受到的影响,采用常规石蜡切片法观察木质部组织结构的变化。结果表明,冻害处理导致枝梢木薄壁细胞异常,木质部组织结构完整性丧失,阻断了茎内木质部水分的运输。

树木体内水分长距离运输的负压传递机制

蒸腾能使木质部产生不超过-0.1MPa的有限负压,这个负压在木质部内自上而下依次向下传递。水分在导管或管胞内所受的吸附力、毛管力、真空力等综合作用力要大于或等于所受的重力,这个综合作用力可以将水分托住而不受重力作用而下移,使水分在负压作用下以分段移动的方式从根部上升到植物顶端。空穴和栓塞是两个不同的概念,其形成过程、恢复机制都有其本质的不同。空穴的发生与负压和水分的分段移动有密切的关系。

植物硼的长距离运输

综述了硼在植物中长距离运输特别是韧皮部运输的研究进展。大多数植物中 ,硼主要通过木质部运输 ,但不排除在蒸腾作用较弱的部位 ,特别是缺硼胁迫时 ,韧皮部对硼运输起一定作用。而对于以山梨醇、甘露醇、半乳糖醇等多元醇为光合作用初级运输物的植物中 ,硼可以与多元醇形成络合物而在韧皮部中自由运输。硼是目前已知的在不同植物韧皮部中移动性相差最大的营养元素。

木质部内负压传递方式的研究

利用杨树、法桐1年生枝条作试验材料,通过施加不同的负压进行传递实验,结果证明木质部内的负压是靠压力平衡方式传递的。水分的移动方式是从上到下分段依次进行的,负压的大小与移动速度呈显著的正相关关系。

桉树水分光合研究进展

桉树作为世界上生长最快的木本植物之一,在热带和亚热带地区被广泛种植。作为重要用材树种,了解桉树的光合作用和水分运输特性为桉树天然林和人工林的管理提供重要依据。本文通过大量文献搜集和分析,综述了桉树植物的光合特征、气孔调节、水分运输的效率和抗栓塞能力。桉树光合能力强,对瞬时环境因子变化响应迅速,不同施肥浓度、林龄的桉树人工林之间也存在差异;桉树主要采取保守的气孔调节策略,在干旱胁迫下会通过关闭气孔维持植株良好的水分状况;具有较强的抗栓塞能力,这一特性与桉树分布区气候条件显著相关。

内聚力-张力学说的新证据

虽然内聚力 -张力学说已经建立了一个多世纪 ,但要完全接受它仍有一些问题 ,因为它的一个推论是很难证实的 ,即木质部导管中存在大的负压 .特别是近年来木质部压力探针和Z型管试验的结果表明 ,引起空穴的木质部压力仅在 - 0 5MPa以上 .有人根据这一结果认为必须对木质部水分运输的内聚力 -张力学说加以修正 .但是 ,目前又有两个研究小组应用相似改良的Z型管方法测定了产生空穴的木质部压力 .他们的结果显示 ,不同树种木质部导管保持水分传导的压力范围在 - 1 2MPa到 - 3 5MPa以下 .这表明树木木质部导管中存在较大负压 ,从而有力支持了内聚力

植物导管中穿孔板的流体力学建模与流阻分析

为研究植物木质部导管中穿孔板的几何结构对于水分传输的影响问题,建立不同类型穿孔板的模型,该研究结合伯努利方程,采用计算流体力学的方法,对带有不同几何结构穿孔板的导管的内部流场进行数值模拟,分析导管两端压降、水力传导率和穿孔板的当量长度与穿孔板的类型、等效面积比、孔数、倾斜角度和导管的内径之间的关系。结果表明,对于特定的穿孔板模型,当其他参数一致时,相比于单穿孔板,买麻藤状穿孔板的当量长度大15.01%,导管两端压降高3.92%;网状穿孔板的当量长度大112.76%,导管两端压降高29.43%;梯状穿孔板的当量长度大148.70%,导管两端压降高38.81%;麻黄状穿孔板的当量长度大205.70%,导管两端压降高53.68%。对于这5种类型的穿孔板,更大的等效面积比、更多的孔数、更小的倾斜角和更大的导管内径,意味着导管两端压降更大,穿孔板的当量长度更大。当穿孔板的孔数一定,其他参数一致时,导管的水力传导率与导管内径成正比,穿孔板所在导管的水力传导率由大到小顺序为:无穿孔板、单穿孔板、买麻藤状穿孔板、网状穿孔板、梯状穿孔板、麻黄状穿孔板。本研究成果为深入研究植物木质部水分传输特性提供理论依据。

一种简易准确测定木质部导水率的新方法

木质部导水率作为植物水力结构特征的重要指标,被广泛应用于植物水分运输等相关研究,而目前对于测定木质部导水率的仪器存在着价格昂贵、操作复杂等缺点,在普通实验条件下难以推广。因此,根据冲洗法原理设计了一种简易准确测定木质部导水率的新方法,并利用该方法分别测定了垂柳(Salix babylonica)、胡杨(Populus euphratica)、榆叶梅(Amygdalus triloba)和紫丁香(Syringa oblata)四种木本植物的木质部导水率和边材比导率,结果显示该方法简便可行、数据可靠,值得在植物水分生理教学实验和科学研究中推广应用。

重金属镉(Cd)在植物体内转运途径研究进展

对Cd在植物体内的转运途径进行了综述。二价金属离子与重金属Cd离子竞争特异性离子通道会影响植物对重金属Cd的吸收,这种影响与植物基因型、土壤溶液金属离子的种类和浓度密切相关。重金属Cd在植物根部完成木质部装载后需要通过木质部和韧皮部进行长距离运输,但重金属Cd趋向于在植物根部积累,仅有一小部分会转移运往地上部。Cd的螯合形态对植物耐受性和区域化影响尚待进一步明晰和阐明。

植物根压研究进展

根压是植物根部产生的一种静水压力,广泛存在于多种植物中。在蒸腾作用很弱的情况下,根压不但可驱动水分从根部流向冠层叶片,缓解因白天强烈蒸腾而导致的水分亏缺,而且在木质部导管栓塞修复方面具有重要作用。虽然国内外学者对根压的产生已有一些解释,普遍接受的观点有渗透理论、代谢理论和水分向上共同运输假说等,但根压产生的机制至今仍是科学家争议的焦点之一。根压的测定方法虽有直接和间接测定、损伤和无损伤测定之分,但较为先进的根压测定技术仍需进一步改善和提升。受水通道蛋白、遗传因素、生境等因素的影响,根压的大小存在差异,即使是较低的根压也会影响农作物生长。在促进转运蛋白质、酶、氨基酸、激素及钙元素等在农作物木质部和韧皮部之间流通方面,适当大小的根压发挥重要作用,且有助于提高农作物产量。因此,加深对植物根压的认识和理解具有重要的生物学意义。该文从根压的定义和产生机制、具有根压的植物类群、根压的测定方法和大小、影响根压的主要因素及根压在植物科学研究领域的意义和影响等多个方面分别进行了归纳总结,并结合当前研究热点和研究成果,针对植物根压研究过程中遇到的问题和后续研究趋势及方向进行了展望。

水培富贵竹的根压及其影响因素

木质部正压力(根压)在长期被低估之后,作为一种潜在的重要过程引起了人们的新兴趣,其可以恢复组织的水分,保持植物液压系统的功能和相互连接,并有助于细胞和组织的生长。该研究以株高60-80cm水培龙舌兰科富贵竹(Dracaena sanderiana)为研究对象,将压力传感器连接到茎干上端测量其根压,研究其昼夜节律变化以及温度、矿质元素(氮)、分蘖和去根等对其的影响,从而揭示根压在木质部水分向上运输中的重要作用。结果表明:(1)富贵竹的正根压全天存在,实验中测到的最大值为103 kPa,具有较明显的昼高夜低变化规律;(2)根压随水培温度下降而下降,水温为0℃时,根压几乎降低为0,根压的昼夜节律也随之改变;(3)不同浓度的硝酸盐(KNO_(3))处理均增加根压,但未改变昼夜节律;(4)具有分蘖的富贵竹茎干根压值比无分蘖的小,但也为正值;(5)剪掉全部须根后,根压迅速降为负值,但下降速率低于降温处理。综上所述,相较于其株高,大部分水培富贵竹全天存在的根部正压完全能够提供蒸腾耗水向上运输需要的动力,可以排除掉蒸腾拉力的影响。同时,水培富贵竹根压呈现出较稳定的节律变化,即昼高夜低,且受温度、氮含量、分蘖和去根等因素影响较为显著。

干旱对马尾松茎叶水力特征及解剖特性的影响

本文通过研究不同干旱梯度下马尾松(Pinus massoniana)的水力特征及解剖特性,以期全面了解马尾松对干旱的适应机制。以17个月苗龄马尾松苗为材料,设置正常浇水(CK)、中度干旱(MD)和重度干旱(HD)3个水平(分别占田间持水量的75%~80%、35%~40%、25%~30%),分析了不同处理对马尾松水势、含水量、木质部栓塞程度(PLC)、管胞直径、木质部和韧皮部面积等的影响。结果显示:在不同干旱程度下,各项指标均有明显的变化。马尾松苗木茎和叶水势在不同干旱程度下变化不同,根对干旱最敏感。苗木会通过改变光合碳同化与蒸腾速率以及干物质量与耗水量的比例,提高水分利用效率。随着干旱程度的加重,木质部栓塞程度也加重,苗木针叶和茎的结构发生明显的变化。干旱胁迫下,苗木通过主动调整内部结构来增加水分运输效率和数量,从而更好地适应干旱;严重干旱下,内部结构变形,水分运输受阻,但叶片会维持较高的韧皮部面积来提供更高的碳运输效率,降低叶片的碳饥饿风险,防止苗木因在水分状况较差的情况下出现碳耗竭而快速死亡。

2006年第17届国际生物学奥林匹克竞赛(4)

理论测试单元A植物解剖学和植物生理学下列哪组关键词说明木质部水分运输？A．根毛，阳离子浓度，蒸腾作用B．蒸腾作用，张力，吐水C．蒸腾作用．水的内聚力．