扁桃不同砧木资源根系解剖结构对干旱胁迫的响应

【目的】研究扁桃6个不同砧木资源当年生实生苗根系解剖结构特征对周期为60 d的中度土壤干旱胁迫的响应,为扁桃砧木抗旱机理的研究提供形态解剖学的依据。【方法】采用水分控制盆栽试验,运用光学显微镜观察,获取根组织解剖结构和木质部解剖结构相关12项指标,分析生物学特性。【结果】大巴旦和石头扁桃的根木栓层、木栓层数、木质部占比以及维管束占比等指标值比其它砧木资源的高(P<0.05),且干旱胁迫之后,其木栓层、木栓层数均增加(P>0.05);主成分分析筛选出主根(D≥5 mm)木栓层厚度、侧根(2<D<4 mm)木栓层厚度、主根木质部占比以及侧根导管直径等4项抗旱性相关指标;从根系解剖结构角度对扁桃不同砧木资源苗期进行抗旱性排序为大巴旦>石头扁桃>苦扁桃>桃巴旦2号>桃巴旦1号>桃。【结论】扁桃本砧资源根系的木质化程度较高,与其他砧木资源相比对干旱胁迫环境具有更好的适应能力。

光强对木麻黄幼苗根系形态、解剖结构及其碳氮含量的影响

对光环境的灵敏响应使得森林中常见的光照异质性成为影响植物自我更新的关键因素,然而植物地下根系结构对光照的响应较为难测而缺乏深入研究。为探究不同光强下木麻黄根系响应策略,以一年生木麻黄(Casuarina equisetifolia)幼苗为试验材料,模拟森林幼苗生长的林外(CK)、林缘(L1)、林窗(L2)和林下光环境(L3)设置4种光照强度,测定及分析木麻黄幼苗的生长、根系形态、细根解剖结构及碳氮含量等指标。结果表明:(1)L1下,幼苗采取维持高度,降低横向生长的方式,保证正常累积生物量,随光照强度的下降,株高、地径、叶片生物量及地上部分生物量逐渐下降。(2)在根系表型上,幼苗随光限制的加重呈现抑制纵伸但促进根系的横向生长,其中总根长、根平均直径及根体积达到显著差异。在径级结构上,细根发育程度随光照减弱而下降;而适当的遮光(L1)促进粗根生长但L3时除根尖数较CK上升外,根长度、根表面积、根体积均显著下降。(3)1—3级细根解剖变化较大,相较CK,1级细根皮层细胞面积显著增加,但根半径、维管柱结构、表皮厚度等指标则显著下降,2级细根根半径、皮层细胞面积、表皮厚度明显减少,但维管柱结构仅在L2、L3时显著下降;3级细根根半径、皮层细胞面积和维管柱面积均较CK显著增大,L1时维管柱结构下降,但随光照减弱加重,维管柱面积和中柱占比均明显增加。(4)在碳氮含量上,CK与L1无显著差异,TC在L2时显著下降,TN则在L2时显著上升,TC、TN均在L3达到最大,而C:N随光强降低逐渐下降。综上所述,光限制时,木麻黄生物量及碳分配稳定根茎部分生长,采取“弱化吸收,强化储存”收缩型生长策略;当限制加重时,光合和呼吸作用失衡导致植物对细根投入养分的浪费,并最终造成林木死亡。研究结果为林下植被的更新提供理论参考。

NaCl胁迫对梅花根系生长及其解剖结构的影响

研究盐胁迫对梅花根系生长及其解剖结构的影响对于指导盐碱地条件下梅花育苗生产及盐碱地区耐盐植物筛选有重要意义。以1年生‘丰后’梅自根苗、山杏为砧木的‘丰后’梅嫁接苗以及山杏自根苗为试材,设置土壤Na Cl含量分别为0.0%(CK)、0.3%、0.9%、1.5%4个浓度水平的盐胁处理,盐胁迫35 d后,观察记录不同盐胁迫下各植物根系的表观变化特征,同时用石蜡切片法观察梅花及山杏幼苗根系的解剖结构,通过测定根系皮层和维管柱厚度分别与根系半径的比值,即占径比(%)来观测盐胁迫过程中随着盐胁迫浓度的升高,植物根系解剖结构中皮层和维管柱相对厚度的变化趋势,由此判断植物耐盐性强弱。结果表明,盐胁迫对植物骨干根没有明显的影响,对侧根和须根的影响较大,侧根与须根数量随着盐胁迫浓度的升高而逐渐减少;3种植物材料皮层占径比下降程度为山杏>‘丰后’梅>‘丰后’梅/山杏,维管柱占径比上升程度为山杏>‘丰后’梅/山杏>‘丰后’梅,‘丰后’梅自根苗皮层占径比降幅虽略大于‘丰后’梅嫁接苗,但维管柱占径比增幅仅仅是嫁接苗1/2左右,山杏的变化幅度显著高于‘丰后’梅自根苗和嫁接苗,说明山杏通过调节根系结构,以降低皮层厚度来缩短根部水分吸收距离和增加维管柱厚度而利于导管和筛管中水分、无机盐和有机物运输的能力更强。综合以上分析可判断三者根系耐盐性大小为山杏>‘丰后’梅/山杏>‘丰后’梅。

2种基因型菜心根系解剖结构差异及其对DEHP吸收累积的影响

在前期筛选出油青60 d菜心和特青60 d菜心分别为PAEs高/低吸收累积基因型菜心的基础上,对其进行邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)不同污染水平(20 mg.L-1、50 mg.L-1)的溶液培养试验,对比研究2种基因型菜心根系解剖结构的差异性,初步探讨其与菜心吸收累积DEHP的关系.结果表明,油青60 d菜心和特青60 d菜心的根系解剖结构及其对DEHP污染处理下的响应均存在显著差异.油青60 d菜心根系和茎叶中DEHP含量均主要受主根形成层外围厚度和须根中柱直径控制,决定系数分别为0.900和0.809.特青60 d菜心根系中DEHP含量主要受主根形成层外围厚度和须根皮层厚度控制,决定系数为0.757;茎叶中DEHP含量主要受主根形成层外围厚度控制,决定系数为0.856.油青60 d菜心根系木射线细胞形状以排列规则的长方形为主,主根木栓层厚度和须根皮层厚度较小,须根中柱直径、导管数和导管直径较大,表明油青60 d菜心根系比特青60 d菜心更有利于对DEHP的吸收累积.

局部恢复供水对苗期玉米生长、根系吸收能力及解剖结构的影响

【目的】作物对局部灌溉的响应研究已受到广泛关注,能否采用局部灌溉还需考虑局部灌溉前的土壤水分状况。研究水分亏缺后局部恢复供水下玉米生长、水分吸收的动态变化以及补偿效应的生理机制有重要意义。【方法】以聚乙二醇6000(polyethylene glycol 6000,PEG-6000)调控营养液的渗透势模拟水分亏缺,采用分根技术,通过水培试验模拟前期水分亏缺后局部根区恢复供水,设置3个水分亏缺程度(-0.2、-0.4、-0.6 MPa)和1个对照(无PEG),于处理后0、0.25、0.5、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系的生长和导水率状况,玉米干物质累积以及叶水势。并在此基础上,于处理后0、1、5、9 d连续动态测定对照和-0.2 MPa两个处理各根区根系解剖结构特征。【结果】水分亏缺6 d后局部恢复供水,恢复供水区根干重和导水率平均增长速率显著大于持续胁迫区(P<0.05);-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水下,0—0.25 d时,恢复供水区根干重平均增长速率较对照明显增大(P<0.05),且持续到局部恢复供水后5 d,表现出根系生长的补偿效应;-0.4和-0.6 MPa亏缺后局部恢复供水处理分别于0.25—0.5 d和0.5—1 d时恢复供水区根干重平均增长速率较对照明显增大(P<0.05),产生根系生长的补偿效应,可见,根系生长的补偿效应发生随水分亏缺程度增大而延迟;-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水5 d时,恢复供水区根系导水率平均增加速率恢复到对照水平,产生根系吸水的补偿效应,继续增大亏缺程度或延长恢复供水时间,补偿效应均消失,说明局部恢复供水有效刺激恢复供水区根系吸水补偿效应的临界水分亏缺程度为≥-0.2 MPa。此外,-0.2 MPa亏缺后局部恢复供水5 d,恢复供水区根系直径与导管直径显著小于1 d(P<0.05),但仍维持或超过对照水平,皮层厚度占根系直径的比例与对照无显著差异(P>0.05),9 d时,根系直径与导管直径明显减小(P<0.05),较对照减小19%,皮层厚度占根系直径的比例仍显著大于对照(P<0.05),与根系吸水补偿效应的产生与消失同步,从根系解剖结构特征方面揭示了恢复供水区根系吸水补偿效应的生理机制。【结论】局部恢复供水可有效刺激恢复供水区根系生长和吸水的补偿效应,但与局部恢复供水前水分亏缺程度和局部恢复供水时间有关,恢复供水区根系解剖结构的变化是补偿效应产生或消失的一个生理机制。该研究可为更好的发挥局部灌溉在农业节水中的作用提供理论依据。

小麦幼苗根系生理特性和解剖结构对根际pH的响应

为探讨根际pH对冬小麦根系生长的影响,以半冬性小麦品种‘矮抗58’(AK58)和‘百农4199’(BN4199)为材料,采用水培试验,设置3个pH水平(4.0、6.5、9.0,以6.5为对照),研究根际pH对冬小麦根系抗氧化酶系统的影响及根系解剖结构对pH的响应。结果表明:酸碱胁迫下,植株地上部及根系生物量、抗氧化酶活性较对照下降,且酸胁迫较碱胁迫下降幅度大。两品种根冠比表现为pH 4.0<pH 6.5<pH 9.0,丙二醛(MDA)含量表现为pH 6.5<pH 9.0<pH 4.0。与对照相比,两品种碱性条件下根系结构受损较小,而酸性条件下受损较大。相关分析表明地上部和根系干物质积累量与抗氧化酶活性呈显著正相关,与根系MDA含量呈极显著负相关。可见,酸碱胁迫下,保持较高的抗氧化酶活性有利于保持根系生长,从而提高小麦适应不良根际环境的能力。

6个紫花苜蓿品种根系形态结构对低磷胁迫的响应

为明确低磷胁迫下紫花苜蓿(Medicago sativa L.)根系形态结构的响应差异对磷效率的影响,以6个紫花苜蓿品种为材料,采用营养液砂培法,测定两种磷水平(对照:0.5 mmol·L^(-1);低磷:0.05 mmol·L^(-1))下苜蓿根系形态、解剖结构和磷效率。结果表明:低磷胁迫下,各苜蓿品种的根系长度、表面积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例均降低,其余根系性状则呈现不同的变化趋势。低磷胁迫抑制了各苜蓿品种的生长和磷吸收;除‘赛迪’的磷利用效率显著增加外,其余5个苜蓿品种的磷利用效率均显著降低。‘赛迪’主要通过增加根冠比和磷利用效率,表现出较强的耐低磷能力。总体表明,根系长度、表面积、体积、导管直径、中柱直径及其占根直径比例是苜蓿根系响应低磷胁迫的主要指标,其中根系长度和中柱直径占根直径比例分别是影响6个苜蓿品种磷吸收和利用效率最关键的根系性状。

根结线虫对文冠果苗木根系结构与生长及矿质养分分布特性的影响

以根结线虫侵染的文冠果一年生苗木为材料,观察分析苗木根系的形态和显微结构,植株生长发育以及主要矿质养分在苗木中的分布特性,并分析不同矿质元素与线虫侵染的关联关系,以揭示根结线虫对文冠果苗木生长发育的影响机制。结果表明:(1)受根结线虫侵染的文冠果苗木根系形成根结,依据根结发生程度分为0(对照,正常植株)、2、3、4级;与对照相比,具有根结的文冠果苗木根系解剖结构特征主要表现为皮层相对较厚,木质部排列扭曲,导管较少,射线数目较少且分布不均匀;韧皮细胞内含物明显较多;多个巨细胞及细胞空腔主要存在于韧皮部。(2)具根结的苗木株高和地径较对照均增加,且株高增幅达显著水平(P<0.05)。(3)具根结苗木根、茎、叶部位的N、P含量均较对照下降,根部降幅达显著水平(P<0.05),其中具2~4级根结的根部N含量分别较对照显著下降7.8%、16.0%和29.5%,P含量分别显著下降15.6%、7.1%和43.3%;根部Fe含量、Zn含量显著上升,2~4级根结根系中Fe含量较对照分别增加1.56倍、0.81倍和3倍,Zn含量分别增加1.11倍、1.56倍和1.78倍;具3和4级根结的苗木根系中K含量较对照显著增加(P<0.05),具2和4级根结的苗木叶片中K含量较对照分别显著下降61.5%和47.0%。(4)苗木根部、茎部N元素含量对于根结线虫侵染的响应最明显,且其含量随侵染程度的增大而降低,叶部Mg元素含量与根结线虫侵染率、K元素含量与整株苗木生物量均呈显著负相关关系(P<0.05)。该研究为根结线虫对文冠果苗木养分吸收利用及运转的影响提供了一定的理论依据。

落叶松人工林下红皮云杉和青海云杉的幼苗更新

落叶松幼苗在其人工林内难以更新。为探讨红皮云杉和青海云杉幼苗是否具有在落叶松人工林内成功定植并替代落叶松更新的潜力,采用红皮云杉和青海云杉幼苗在不同落叶松人工林(样地Ⅰ:1 300株·hm^(-2)的平地,样地Ⅱ,660株·hm^(-2)的平地;样地Ⅲ,330株·hm^(-2)的平地;样地Ⅳ,660株·hm^(-2)的坡地)下进行人工更新。结果表明:1)样地Ⅰ和样地Ⅱ更适宜红皮云杉和青海云杉幼苗的存活,且同一样地内,红皮云杉幼苗的成活率均高于青海云杉的;2)同一样地内,红皮云杉幼苗的地上生物量均高于青海云杉的,并且在样地Ⅰ和样地Ⅱ红皮云杉的地上生物量显著高于青海云杉的;3)在不同落叶松人工林样地,红皮云杉和青海云杉幼苗的1级根均有较好的外生菌根侵染;4)红皮云杉幼苗的1级根直径受环境影响较大,而青海云杉幼苗的1级根皮层厚度受环境影响较大。同一样地内,2种云杉幼苗的1级根解剖结构除在样地Ⅳ表现出明显的差异外,在其它样地基本无显著差异。红皮云杉和青海云杉幼苗均适宜在落叶松人工林内存活,但相对高密度的林分更适宜云杉幼苗的生长,且红皮云杉比青海云杉更具生长优势。