内蒙古高原植物气孔性状的空间变异及其适应机制

气孔是植物与大气进行水气交换的阀门,调节着植物的蒸腾与光合作用。因此,气孔性状的变异影响着植物功能,并能够反映植物对环境的适应。目前,内蒙古高原草地植物气孔性状的空间变异及其对环境的响应尚未被探究。于2018年在内蒙古高原草原区沿降水梯度设置了10个受人为干扰较少的天然草地样地,采集每个样地及周围的植物,并对每个物种叶片上、下表皮的气孔性状进行了测量和计算。结果表明:(1)气孔密度(SD)、气孔大小(SS)和气孔相对面积(SRA)的均值分别为262.29个/mm^(2)、378.84μm^(2)和8.10%;下表皮与上表皮的气孔密度比(R.SD)、大小比(R.SS)和相对面积比(R.SRA)的均值分别为1.54、1.04和1.61。(2)由于草地生境开阔,气孔形态性状在不同生活型(草本与木本植物、一二年生与多年生草本)间没有显著差异(P>0.05)。(3)从草甸草原到荒漠草原,叶片SD和SRA减小,SS增大,气孔性状变异的主要驱动因素是年降水。(4)气孔综合指标SRA主要受SD驱动,降低叶片SD是内蒙古高原草地植物提高耐旱性的重要机制之一。(5)植物还可以通过降低气孔比来适应干旱胁迫,下表皮气孔是内蒙古高原植物气孔比降低的主要贡献者。研究结果有助于进一步了解草地植物叶片气孔独特的气候适应机制,还可为生态预测模型提供基础数据。

减弱光照强度对水稻叶片气孔性状的影响

采用改良刮制法研究了典型粳稻、典型籼稻、偏籼型、偏粳型和陆稻等10个水稻品种的气孔性状。研究结果发现 ,剑叶的气孔密度在水稻类型间和品种间具有明显差异 ,是一个品种特性。光照强度减弱使各品种上三叶的气孔密度明显减少 ,其原因是由于叶面积增大、气孔行数减少和每一行中相邻气孔间距离增大共同作用的结果。品种不同 ,其气孔密度对光强变化的反应亦不同。光照强度减弱对剑叶气孔大小有显著影响。

橡胶树不同倍性的气孔性状差异研究

以通过流式细胞倍性检测鉴定出的橡胶树二倍体、三倍体、四倍体植株为研究对象,对不同倍性植株的气孔性状进行观察和统计。结果表明:不同倍性间的橡胶树叶片的气孔长度、气孔宽度、气孔密度均存在极显著差异。随着橡胶树倍性的提高,气孔的长度和宽度均增大,而气孔密度减小。二倍体、三倍体和四倍体的气孔长度范围分别为10.65~15.29、14.04~18.89、15.15~19.37μm,气孔宽度范围分别为7.13~10.65、8.58~11.83、10.38~13.83μm,气孔密度范围分别为520.62~867.69、402.53~764.80、381.79~555.32个/mm^2。以气孔长度15.15μm、气孔宽度10.38μm和气孔密度555.32个/mm^2为临界值,可以鉴定二、四倍体混合群体中的四倍体。三倍体和二倍体、四倍体在气孔长度值、宽度值和密度值在分布区间上均存在较大的重复,但以气孔长度14.04μm,气孔宽度8.58μm和气孔密度764.80个/mm^2为临界值,可以筛除二、三、四倍体混合群体中的部分二倍体,提高多倍体鉴定的效率。

水稻剑叶气孔性状与孕穗期耐冷性的关系研究

以人工气候室鉴定的孕穗期耐冷性不同的10个水稻品种为材料,采用扫描电子显微镜观测其剑叶的气孔密度、气孔大小和单位面积气孔周长等性状特点,以探讨水稻剑叶气孔性状与孕穗期耐冷性的关系。结果表明：耐冷性强品种‘培杂软香’、‘天优688’、‘冈优825’的气孔密度和单位叶面积气孔总周长较小,分别为380-410个/mm^2和29.8-32.6 cm;耐冷性弱的品种‘粤杂763’气孔密度和单位叶面积气孔总周长较大,分别为618个/mm^2和46.9 cm;耐冷性中等的品种‘培杂泰丰’等介于二者之间,分别为460-510个/mm^2和35.1-39.3 cm。气孔密度相近时,气孔较大的品种耐冷性较弱;单位叶面积气孔总周长相近时,气孔密度大的品种耐冷性较弱。研究发现,水稻品种剑叶的气孔密度和单位叶面积气孔总周长与其孕穗期耐冷性均呈极显著正相关,可以作为水稻孕穗期耐冷性的鉴定指标。

稻叶气孔性状研究新方法

在对观测植物叶片气孔性状的各种方法进行比较研究的基础上,探索出专用于水稻叶片气孔性状观测的“脱硅刮制法”.该方法通过对材料的固定、脱硅、刮制、染色和透明,最终做成可永久保存的封藏片.用该方法研究稻叶气孔性状,具有图像清晰,观测结果准确等优点,并可通过显微摄影直接在照片上观测气孔大小,密度及排列方式,使原本麻烦的稻叶气孔性状观测变得简单易行.

水稻上三片功能叶气孔性状

用改良刮制法研究了水稻上三片功能叶的气孔性状.结果表明,水稻上三片功能叶的气孔性状存在差异,这种差异不仅体现在类型间,而且也存在于同一品种不同叶位间.参试水稻品种上三片功能叶的气孔长度、宽度和密度分布不均匀,其变化趋势也不一样.只有籼稻IR24上三片功能叶的气孔长度随叶位上升逐渐减小,气孔密度随叶位上升逐渐增大.籼稻IR24和粳稻秋光上三片功能叶的气孔长度和密度呈明显的负相关,即气孔长度增大,气孔密度减小;反之,气孔长度减小,气孔密度增大,而偏籼稻水源342和偏粳稻辽粳5号并没有表现出这种相关性.研究表明,不同类型水稻品种相同叶位或同一品种不同叶位叶片的气孔长度与宽度的相关不显著,气孔宽度与气孔密度的相关也不明显.

辣椒染色体倍性与气孔性状的相关性

以辣椒GT3、GT10和GT16的花药培养再生单倍体植株和其种子植株为试验材料,对叶片的气孔密度、保卫细胞叶绿体数、保卫细胞横纵径等气孔性状进行显微镜观察与统计分析。结果显示:随辣椒染色体倍性的提高,叶片气孔密度呈明显下降趋势;保卫细胞叶绿体数与保卫细胞横径呈明显上升趋势;保卫细胞纵径升高变化不明显。表明叶片气孔密度、保卫细胞叶绿体数、保卫细胞横径可作为鉴定辣椒染色体倍性的有效依据。

棉属中染色体倍性与叶片气孔性状的关系

观察了棉属(Gossypium)不同染色体组、不同染色体倍性的种间杂种及其加倍后代的28个材料的叶片气孔,测定了气孔密度、气孔保卫细胞的大小及其中叶绿粒数目.结果表明,不同染色体组间、不同棉种间和不同染色体倍性间在这些性状上均存在明显的差异.这些差异的总趋势是染色体倍性间>染色体组间>种间>种内.染色体倍性提高,气孔保卫细胞的大小及其中叶绿粒数目增加,而气孔器密度减小.认为叶片气孔保卫细胞中的叶绿粒计数配合保卫细胞大小和气孔器密度的测量,可以用于不同染色体倍性棉花植株的鉴定.

棉种染色体倍性与叶片气孔性状的关系

观察了棉属(Gossypium)中不同染色体组的二倍体棉种、四倍体棉种及种间杂种共9个材料的叶片气孔,测定了气孔密度、气孔保卫细胞的大小、气孔最大开张程度及保卫细胞内叶绿体数目。结果表明,不同染色体组问、不同棉种间和不同染色体倍性间在这些性状上均存在明显的差异。并且。随着染色体倍性提高。四倍体棉种的气孔保卫细胞的大小和叶绿体数目增加,而气孔密度则比二倍体棉种的小。因此,认为通过对上述叶片气孔性状的测定分析,可以用于鉴定不同染色体倍性的棉花植株。

5个抗裂枣树品种气孔性状研究

对陕北地区主栽的5个抗裂枣树品种(串杆枣、大木枣、麻子枣、灵宝大枣、疙瘩枣)的气孔性状进行研究。结果表明5个枣树品种的气孔数量在128.96～51.90个.mm-2之间,气孔长度在37.5～17.5μm之间,气孔宽度在27.5～12.5μm之间。5个品种中串杆枣气孔数量最多、长度最长,分别为(100.81±9.17)个.mm-2、(28.81±1.6)μm;疙瘩枣气孔数量最少、长度最小,分别为(68.37±7.00)个.mm-2、(24.36±1.48)μm。气孔宽度以灵宝大枣最大,为(21.6±0.73)μm;大木枣最小,为(19.8±0.73)μm。

几种落叶果树叶片气孔性状观察

测定了几种落叶果树叶片气孔的密度和长度 ,结果表明 :不同种的气孔密度在15 35— 343 36个 /mm2 之间 ,以核果类果树的气孔密度较大 ,仁果类果树和酸枣气孔密度较小 ;不同树种的气孔长度在 2 7 92— 10 18μm之间 ,以核果类果树和杜梨气孔相对较长 ,而以酸枣。

应用气孔性状建立线性函数判别葡萄的染色体倍性

通过测定葡萄不同倍性试管苗和田间苗叶片气孔指数及叶绿素含量,依据Fisher准则建立线性判别函数,判别分析了试管苗和田间苗气孔长度、宽度、密度、叶绿素含量四个性状值与染色体倍性的关系。结果表明,利用不同倍性葡萄四个性状值建立的线性函数综合判别指标,判别分析葡萄的染色体倍性可靠性极高。

水稻叶片气孔性状QTL的初步定位

利用气孔性状差异明显的粳稻和籼稻品种构建的Sasanishiki/Habataki//Sasanishiki///Sasanishiki回交重组自交系群体为试验材料,根据已有遗传连锁图谱选定236个RFLP分子标记,对水稻齐穗剑叶气孔性状进行QTL分析。共检测到4个气孔性状相关的QTL,包括3个控制气孔密度的QTL(qSD2、qSD4和qSD12),分布在第2、4和12号染色体上,贡献率分别为13.11%,11.76%,22.70%;1个控制气孔宽度的QTL(qSW3),位于第3号染色体上,贡献率为10.04%。气孔密度和气孔宽度的增效等位基因分别来源于粳稻和籼稻。气孔密度与气孔长度存在极显著负相关(r=-0.509**),气孔长度与气孔宽度呈极显著正相关(r=0.302**)。4个QTL位点除了qSW3与前人研究的控制全氮含量的qTLN-3a重叠外,其他QTL均为未被检测到的位点,反映了气孔性状遗传机理的复杂性。为揭示水稻气孔性状的遗传机理以及籼粳稻气孔性状差异的分子机制提供重要参考。

三倍体苹果新种质气孔性状调查

本文以2种类型群体的三倍体苹果种质为试材,比较分析了株系之间及群体之间的气孔性状差异。结果表明,2个组合株系间的气孔长度、气孔指数(长/宽)、气孔密度存在不同程度的差异,但气孔宽度的差异不显著,因此在利用形态学进行苹果种质倍性鉴定时,气孔宽度不应作为一个主要参数。2个三倍体群体间的气孔长度、气孔宽度、气孔指数的变异系数较小,差异不显著;气孔密度的变异系数相差较大,但差异也不显著。

应用气孔性状对苹果与梨的倍性判别分析

以苹果和梨的二倍体和多倍体为试材，比较了气孔保卫细胞叶绿体数目、气孔密度、气孔长和气孔宽四个性状与倍性的关系，分析各个性状用于倍性鉴定的可靠性，并采用两类性状同时进行判别分析，建立判别分析方程。结果表明，叶绿体数目和气孔长鉴定倍性的可靠性较高，其中，苹果气孔长误判率最低，为６．６７ ％ ；梨气孔保卫细胞叶绿体数目误判率最低，为１２．５ ％ 。如以这两个性状进行判别分析，苹果判别方程鉴定倍性的可靠性与以气孔长鉴定倍性的可靠性相似。

孕穗期水分胁迫对水稻剑叶气孔性状和CAT活性的影响

研究了水稻孕穗期水分胁迫对剑叶气孔性状、过氧化氢酶(CAT)活性和产量及其构成的影响。结果表明,孕穗期土壤胁迫水分为(-40±5)kPa时,水稻剑叶气孔密度极显著变大,气孔周长、气孔长度显著减小,而气孔细胞列和硅化-木栓细胞列变化不大;水稻剑叶CAT活性极显著降低;水稻有效穗数、穗粒数和结实率均下降,产量显著降低;结实率与气孔密度、CAT活性均显著正相关。

饲用甜菜染色体倍性与叶片气孔性状相关性研究

以饲用甜菜二倍体和四倍体为试验材料,研究了气孔的长、宽度及气孔保卫细胞叶绿体数目与倍性的关系.结果表明:二倍体植株与四倍体植株的气孔长、宽度和保卫细胞叶绿体数之间差异显著.四倍体气孔长度约为二倍体的1.8倍,宽度约为二倍体的1.42倍;且相对于气孔宽度,气孔长度具有更好的可靠性和区分效果;二倍体植株与四倍体植株的保卫细胞叶绿体数的平均值分别为13.69和23.24,可将保卫细胞气孔长度与保卫细胞叶绿体数两个气孔性状相结合,作为饲用甜菜多倍体育种初期的筛选鉴定指标.

外源ABA对低温胁迫下牛皮杜鹃气孔性状及光合性能的影响

以牛皮杜鹃(Rhododendron chrysanthum Pall.)为试材,采用脱落酸(ABA)预处理4d,常温和低温胁迫下培养2d后,分别对其进行叶绿素荧光含量与气孔大小测定,研究了外源ABA对低温胁迫下牛皮杜鹃PSⅡ光合特性与气孔性状的影响,以期为探究其抗寒性机制提供参考依据。结果表明:牛皮杜鹃幼苗的正常生长由于低温胁迫,受到显著抑制,导致PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学淬灭系数(qP)以及非光化学淬灭系数(NPQ)、潜在活性(Fv/Fo)显著下降(P<0.05)。外源ABA能够显著缓解低温胁迫对牛皮杜鹃叶片光合能力的影响,优化气体交换过程,对气孔长度、宽度、长宽比影响显著(P<0.05),提高PSⅡ反应中心活性,提高光能利用率,促进物质积累,提高牛皮杜鹃对低温胁迫的耐受性。

气孔性状对楸树生长及早期选择的影响

研究了２～６ａ生楸树气孔的数量、大小、分布、开闭节律及影响开闭的因素。测定气孔与生长的相关性，建立了树高、胸径、单株材积３个生长系列与每ｍｍ￣２气孔数、气孔开放率、气孔开放数、单叶气孔开放数、气孔开放面积、单叶气孔开放面积等７个变量的关系的线性回归方程。提出气孔开放率６０％以上，每ｍｍ￣２气孔开放数２８０个以上，单叶气孔开放数２０万个以上，可作为楸树优良无性系早期选择指标之一。

基于文献计量的叶气孔性状研究数据可视化分析

运用CiteSpace软件对1991-2020年叶气孔性状研究相关文献进行可视化分析,总结如下:(1)从发文量和热点趋势看,叶气孔性状研究可分为起步探索期、缓慢发展期、平稳发展期和高速发展期四个阶段,目前发文量和热点趋势多围绕植物抗逆性机制与作物优良性状的培育;(2)从研究主题看,包含5个方向:植物的光合特性与能量权衡、水分亏缺下的植物水力性状、环境胁迫下作物的反馈机制及基因工程、气候-性状的反演与建模、植物分类与进化;(3)从研究力量和学科分类看,美国与中国的发文量名列前茅,中国科学院在领域内具有较高影响力。