不同处理中间锦鸡儿引发柠条种子小蜂行为反应及其挥发物成分分析

[目的]柠条种子小蜂(Bruchophagus neocaraganae)是我国林业危险性有害生物。本研究将明确柠条种子小蜂对3种不同处理(健康、机械损伤和受柠条种子小蜂危害)中间锦鸡儿(Caragana liouana)的行为反应,测定不同处理的植物挥发物组分,以及挥发物单体对柠条种子小蜂的作用。[方法]利用Y型嗅觉仪测定柠条种子小蜂成虫对3种不同处理的中间锦鸡儿的行为选择,采用动态顶空吸附法和气相色谱—质谱联用仪(GC-MS),收集并分析健康、机械损伤和受柠条种子小蜂危害后挥发物组分及相对含量的变化,并进行主成分分析。[结果]健康中间锦鸡儿对柠条种子小蜂成虫具有显著的诱引作用,受虫害的中间锦鸡儿对柠条种子小蜂成虫具有显著的趋避作用。不同处理的中间锦鸡儿挥发物中共含有35种化学成分,主要为萜烯类化合物,另外还有少量酯类、醇类、酮类、醛类、烷烃和烯烃化合物。与健康植株相比,受虫害的中间锦鸡儿挥发物中新出现了3-蒈烯、α-蒎烯、α-香柠檬、β-波旁烯等物质,健康植株挥发物中检测到的水杨酸甲酯、顺-3-己烯醇和环癸醇并未在虫害植株中检测到。与健康植株相比,受机械损伤后的中间锦鸡儿挥发物中新出现了α-香柠檬、γ-戊内酯、对乙基苯甲醛等物质。健康植株挥发物中检测到的反-3-己烯醇、罗勒烯和水杨酸甲酯并未在机械损伤植株中检测到。在行为选择试验中,反-3-己烯醇、柠檬烯和水杨酸甲酯对柠条种子小蜂产生吸引作用,3-蒈烯、β-石竹烯和月桂烯对柠条种子小蜂产生趋避作用,柠条种子小蜂对乙基苯甲醛和γ-戊内酯无明显的选择行为。[结论]柠条种子小蜂的危害以及机械损伤均能改变中间锦鸡儿挥发物组分,反-3-己烯醇、柠檬烯和水杨酸甲酯对柠条种子小蜂产生吸引作用,3-蒈烯、β-石竹烯和月桂烯对柠条种子小蜂产生趋避作用,可以为开发该害虫的植物源引诱剂或趋避剂奠定基础。

不同种源中间锦鸡儿碳氮磷化学计量特征研究

中间锦鸡儿(Caragana liouana)是中国毛乌素沙地的主要灌木建群种,在其主要分布区采集9个不同地理种源的种子,栽种至同质园,并测定不同器官(根、茎、叶)碳(C)、氮(N)、磷(P)含量,比较种源和器官间碳氮磷化学计量特征的差异及元素之间的相关性。结果显示:(1)不同种源中间锦鸡儿根、茎、叶的C含量差异显著,分别为361.12~426.30mg·g^(-1)、412.32~463.13mg·g^(-1)、419.21~478.94mg·g^(-1);N含量种源间差异显著,分别为20.52~33.67mg·g^(-1)、15.77~23.92mg·g^(-1)、27.60~36.44mg·g^(-1);P含量种源间差异显著,分别为1.52~3.73mg·g^(-1)、1.24~2.14mg·g^(-1)、1.44~2.38mg·g^(-1);不同器官的C/N、C/P、N/P也表现出种源间显著差异。(2)种源和器官对中间锦鸡儿碳氮磷化学计量特征的影响程度存在差异,种源对P、C/P、N/P影响较大,器官对C、N、C/N影响较大。(3)相关性分析表明,N、P分别对C/N和C/P的变异起主导作用,并共同影响N/P的变异。研究表明,中间锦鸡儿的碳氮磷化学计量特征在长期的适应进化过程中已产生遗传分化,并形成了自身的养分利用策略。

锦鸡儿属植物功能性状与根际土壤细菌群落结构的关系

以不同地理种群的中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿为研究对象,利用高通量测序技术,比较分析了2种锦鸡儿不同地理种群根际土壤细菌多样性、物种组成和丰度的差异及其与植物功能性状的关系,为深入理解锦鸡儿属植物适应干旱环境的微生物学机制提供数据支持。结果表明,2种锦鸡儿根际土壤细菌隶属于22门62纲131目185科304属。优势细菌门为变形菌门、酸杆菌门、拟杆菌门和放线菌门。在属水平上,根瘤菌属、鞘氨醇单胞菌属、RB41和芽孢杆菌属为优势属。中间锦鸡儿与小叶锦鸡儿根际土壤细菌多样性指数(Chao1、ACE、香农和辛普森指数)无明显差异,但主坐标分析表明2种锦鸡儿根际土壤细菌群落结构存在显著差异(P<0.05)。Mantel检验分析表明植物功能性状与根际土壤细菌群落结构存在显著相关性,且冗余分析显示株高、叶干物质含量、比叶面积、叶厚度和叶长是驱动根际土壤细菌群落结构构建的主要性状(P<0.05)。综上所述,中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿根际土壤细菌群落结构存在显著性差异,且根际土壤细菌群落结构的变化受到植物性状的显著影响。

毛乌素沙地2种锦鸡儿属植物的光合生理特性

本研究比较了生长于毛乌素沙地中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿的光合特性、叶片同位素组成以及元素含量等生理生态特征,探讨2种锦鸡儿对毛乌素沙地区域环境的适应性差异。结果表明:中间锦鸡儿的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)和胞间CO2浓度(Ci)显著高于柠条锦鸡儿,但是瞬时水分利用效率(WUEi)和叶片稳定碳同位素(δ13C)显著低于柠条锦鸡儿;柠条锦鸡儿的PSⅡ有效光化学效率(Fv'/Fm')、电子传递速率(ETR)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学淬灭系数(q P)在高光强下显著高于中间锦鸡儿;中间锦鸡儿的叶片氮含量(N%)显著高于柠条锦鸡儿,但是稳定氮同位素(δ15N)却显著低于柠条锦鸡儿。结果说明在毛乌素沙地环境下2种锦鸡儿的主要叶片性状存在明显差异,中间锦鸡儿通过较高的Gs、Tr和Ci以及较高的固氮能力维持更高的光合速率,表现出较强的适应性,而柠条锦鸡儿较高的水分利用效率及较强的光能利用能力,有助于其适应更为干旱的生存环境,在一定程度上为理解2种锦鸡儿的地理替代分布机制提供了数据支持。

半干旱区锦鸡儿属植物根际土壤真菌群落多样性及驱动因素

为探究半干旱区锦鸡儿属植物根际土壤真菌群落多样性及其与生态因子的互作机制,本研究以不同生境下的中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿为对象,采用高通量测序技术分析了2种锦鸡儿根际土壤真菌多样性和群落结构组成及其驱动因素。结果表明:2种锦鸡儿根际土壤真菌隶属于7门20纲43目66科78属。优势真菌门为子囊菌(37.7%)、担子菌(13.7%)和接合菌(4.3%)。在属水平上,青霉菌、地丝霉菌和被孢霉菌为优势属,且土壤中存在根内球囊霉菌和球囊霉菌。小叶锦鸡儿根际土壤真菌群落的Chao1、ACE和Simpson多样性指数显著高于中间锦鸡儿,且2种植物的根际土壤真菌群落结构差异显著。冗余分析结果表明,土壤有机碳、全氮、电导率、速效钾、海拔、全磷和干旱指数是影响土壤真菌多样性的主要生态因子。研究结果丰富了锦鸡儿属植物根际土壤微生物群落多样与生态因子的关系,可为深入理解半干旱区荒漠植物的生态适应机制提供参考。

宁夏荒漠草原区中间锦鸡儿灌丛群落碳水循环特征及其与生物环境因子的关系

干旱半旱区的人工植被重建可能会改变陆地生态系统的重要生物物理过程星--碳水循环,然而在人类活动背景下,仍然缺乏对这些区域生态系统的碳水耦合机制的认识。本研究基于涡度相关系统测量了宁夏盐池荒漠草原区人工种植的中间锦鸡儿(Caragana liouana)灌丛群落的CO_(2)和H_(2)O通量,通过分析总初级生产力(gross primary productivity,GPP)、蒸散发(evapotranspiration,ET)和水分利用效率(water use efficiency,WUE)的变化,探讨了人工灌从生态系统碳水通量及其耦合关系,并进一步分析驱动其变化的生物环境因子。研究结果表明,气候因子的季节变化导致了生物物理特征和碳水通量呈周期性变化。在生长季,GPP和ET波动较大,而WUE变化相对稳定。GPP、ET和WUE显著受辐射(global radiation,R_(g))、温度(T_(a)和T_(s))、水汽压亏缺、叶面积指数和植物水分胁迫指数(plant water stress index,PWSI)的驱动。其中R_(g)、温度和PWSI是影响WUE的最重要因素。R_(g)和温度会对WUE产生直接的促进作用,但同时也会间接地提高PWSI进而抑制WUE。PWSI会抑制光合作用和蒸腾作用,当植物水分胁迫超过一个阈值(PWSI>0.54)时,WUE会下降,这是因为GPP对植物水分胁迫的响应比ET更敏感。这些研究结果表明,在荒漠草原区通过大规模种植灌木可实现固碳的作用,但也必须充分考虑区域的水资源消耗和水分利用效率的状况。

基于茎流-蒸渗仪法的荒漠草原带人工灌丛群落蒸散特征

中国西北地区通过大量种植中间锦鸡儿(Caragana liouana)进行生态治理,在荒漠草原带上形成人工灌丛景观,改变了生态系统的结构和功能,影响到地-气水汽循环过程,研究该人工灌丛群落的蒸散特征,对揭示其生态水文效应和指导地方生态治理实践具有重要意义。该文以宁夏盐池荒漠草原带上的人工灌丛群落为例,利用茎流-蒸渗仪法测定了2018年5–8月的灌木蒸腾和丛下蒸散,并分析了环境因子对人工灌丛群落蒸散的影响。结果表明:(1)茎流-蒸渗仪法所测的群落蒸散与水量平衡法、涡度相关法得到的群落蒸散有较好的一致性,茎流-蒸渗仪法能适用于荒漠草原带人工灌丛群落蒸散及其组分结构的测定;(2)观测期内晴天的灌木蒸腾速率和丛下蒸散速率日变化趋势相近,均为单峰曲线,群落蒸散主要发生在日间,但灌丛最大蒸腾速率的出现时间比丛下蒸散最大速率的出现时间晚1 h;(3)5–8月间灌木累积蒸腾为83.6 mm,日平均蒸腾量为0.7mm·d^-1,季节变化呈抛物线状;同期丛下累积蒸散为182.5 mm,日平均蒸散量为1.5 mm·d^-1;丛下蒸散明显大于灌木蒸腾;(4)观测期间人工灌丛群落累积蒸散266.1 mm,而同期的降水量为222.6 mm,陆面水分收支处于亏缺状态;(5)净辐射是影响蒸散最主要、最直接的驱动因素,且能够影响其他因子进而对人工灌丛群落蒸散产生作用。综上,人工灌丛引发荒漠草原地带陆面水分收支亏缺的现象,在生态恢复与重建中须引起注意。