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。

五种C4荒漠植物光合器官中含晶细胞的比较分析

为了探讨荒漠植物适应干旱环境的机理,选择光合器官发生很大变化的5种C4荒漠植物进行了解剖结构的对比研究。结果表明,这5种植物中含晶细胞的数量、大小、形态和分布位置等存在差异。白梭梭(Haloxylon persicum)和梭梭(H.ammodendron)的同化枝普遍具有含晶细胞;沙拐枣(Calligonum mongolicum)的含晶细胞很少,一般只分布在贮水组织或靠近栅栏组织处;木本猪毛菜(Salsola arbuscula)的含晶细胞也不多,主要分布在栅栏组织和表皮细胞之间;猪毛菜(S.collina)的含晶细胞更少,仅在贮水组织中偶尔可见晶簇。比较梭梭、白梭梭和沙拐枣同化枝不同部位的解剖结构发现,梭梭同化枝基部含晶细胞最多,中部次之,顶部最少;白梭梭同化枝顶部的含晶细胞数量较多,中部及基部较少;沙拐枣同化枝顶部与基部的粘液细胞较多,中部较少,基部几乎没有栅栏组织,而其维管组织较为发达。综合晶体的酸碱溶解性及硝酸银组化分析结果,并参照能谱仪的分析结果得知,梭梭、白梭梭、沙拐枣和木本猪毛菜的叶片或同化枝中所含晶体的主要成分为草酸钙。通过比较解剖结构发现,梭梭和白梭梭的同化枝中含晶细胞最多,其它3种植物的同化器官中含晶细胞较少,而沙拐枣同化枝中有粘液细胞存在。

霸王和木本猪毛菜在遮风和不遮风环境下的表型特征差异

植物的表型特征是对环境适应的结果。霸王(Zygophyllum xanthoxylum)和木本猪毛菜(Salsola arbuscula)是新疆达坂城大风区的主要植物,也是该区植被恢复潜在的先锋植物。在达坂城柴窝堡,通过野外盆栽实验,对霸王和木本猪毛菜持续吹风和遮风处理90 d,定量分析这两种植物在遮风和不遮风环境下其地上部分的生长和空间构型差异。结果表明:(1)与遮风下的相比,自然大风中的霸王和木本猪毛菜其株高、叶长度、单叶面积、单株叶面积均减小,顺风向基径均增大,尤其是霸王,其株高减小了一半多。木本猪毛菜的叶片数量增多,叶宽增大,霸王的叶片数量减少、叶宽度、叶柄长度、叶柄直径均减小;(2)遮风下的木本猪毛菜其植冠在四个方向均匀生长,而自然大风中的植冠空间构型在迎风面和背风面出现明显的不对称,一级分枝数增多,主茎弯曲角度、枝倾角、叶倾角均减小。霸王没有出现一级分枝,主茎弯曲角度减小,叶倾角增大。可见,霸王主要通过减小地上部分各器官来响应大风环境,而木本猪毛菜除减小各器官之外,还减小各器官之间的角度,形成更紧凑的构型,以此适应大风环境。

模拟长期大风对木本猪毛菜表观特征的影响

风是一个重要的生态因子,对植物地上部分的生长和构型有重要影响。植物表观特征对植物获取光能、抵抗外界机械压力有着重要作用。木本猪毛菜(Salsola arbuscula Pall.)是新疆达坂城大风区植被的共建种,也是该区植被恢复潜在的先锋植物。为了研究木本猪毛菜在长期大风环境中形成的独特适应机制,以盆栽实验为手段,设置3个风速(小风:3 m/s,中风:7 m/s,大风:12 m/s),持续吹风105d,定量分析长期大风作用下木本猪毛菜地上部分的生长和空间构型的变化。结果表明:(1)风胁迫减小了木本猪毛菜的株高,增大了其顺风向的基径;大风减小了木本猪毛菜的叶片长度,中风和小风对其叶片长度没有影响;大风和中风增加了木本猪毛菜的叶片数,小风对叶片数没有影响。(2)木本猪毛菜植冠的空间构型在迎风面和背风面出现明显的不对称性;风胁迫减小了木本猪毛菜的主茎弯曲角度、叶倾角;大风和小风减小了木本猪毛菜的冠幅,中风没有影响;大风和中风减小了木本猪毛菜的枝倾角,小风没有影响;木本猪毛菜在大风和中风作用下出现了二级分枝,在小风作用下没有出现二级分枝。木本猪毛菜主要通过减小自身的扩大生长,增加空间构型的不对称性,减小枝与叶的受力面积等方式来降低风的阻力,以适应长期大风。

金川矿区本土植物光合生理生态日变化特征

采用便携式LI-6400光合测定仪,选择晴朗天气对金川矿区自然生长的软紫草(Arnebia szechenyi)、蒺藜(Tribulus terrester)、木本猪毛菜(Salsola arbuscula)叶片的气体交换参数及环境因子进行了测定,通过对比分析三种植物光合特性及其与环境因子间的关系,以揭示三种植物对矿区环境的适应特征。结果显示:软紫草和木本猪毛菜的净光合速率日变化有明显的"光合午休"现象,软紫草产生"午休"的主要原因为非气孔限制因素,而木本猪毛菜的主导因素为气孔限制因素。其中软紫草和木本猪毛菜的净光合速率日变化最大峰值均出现在11:00和17:00左右。蒺藜"光合午休"现象不明显,主要原因为气孔限制因素,最大峰值出现在9:00左右。总之,三种植物的水分利用效率存在时空差异,在强光、高温、低湿荒漠环境中都具有一定的生存优势,对矿区生境的适应能力大小依次为蒺藜、木本猪毛菜、软紫草。

金川荒漠植物光响应曲线最优模型分析

为探究荒漠植物的光合生理状况,采用Li-6400XT便携式光合仪在金川矿区测量了疏花软紫草( Arnebia szechenyi )、盐生草( Halogeton glomeratus )、木本猪毛菜( Salsola arbuscula )3种植物光合-光响应,并对其进行拟合分析,以期提高光合光响应曲线拟合的准确性并对3种植物的光合生理特征进行探索。研究发现:不同的模型对同一种植物的光响应曲线拟合结果存在较大差异,同一种模型对不同植物的拟合结果亦存在明显差异;直角双曲线修正模型为疏花软紫草和木本猪毛菜的拟合效果最优模型,而非直角双曲线模型对盐生草的拟合结果最佳;3种植物光合能力大小依次为疏花软紫草、木本猪毛菜和盐生草。