猪毛菜响应干旱胁迫的叶片结构、生理及转录组分析

为探究猪毛菜在表型、生理及分子层面对干旱胁迫的响应机制,采用控水法进行梯度干旱胁迫,对叶片进行解剖结构和生理指标测定及转录组测序。结果表明:干旱胁迫导致栅栏组织从致密变稀疏,晶簇先消失后增多;贮水组织厚度先增大后降低(P<0.05),主维管束面积和表皮厚度在28 d时显著增大,分别为(3099.72±151.88)μm^(2)和(23.73±0.68)μm(P<0.05),叶片厚度增大而叶面积减小(P<0.05);叶绿素含量逐渐降低(P<0.05),超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性、脯氨酸和丙二醛(MDA)含量在28 d显著增大(P<0.05),H2O2含量在14 d显著增大(P<0.05),可溶性蛋白含量先增后降再增(P<0.05)。与0 d比较,干旱胁迫7、14和28 d的差异表达基因(DEGs)分别有103、1560和270个;基因本体(GO)富集分析表明各组合DEGs显著富集在蛋白质磷酸酶Ⅰ型复合体、膜的整体组件、氧化还原过程、氧化还原酶活性等条目中;京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析表明各组合DEGs同时显著富集在氧化磷酸化代谢、核糖体和光传导等通路中。非生物胁迫通路DEGs分析表明,热激蛋白基因、GPX2、POD、SOD、CPK19、CIPK9、MAP激酶基因、蛋白质降解通路基因、UXS1和F3H等参与对干旱胁迫的响应调节。研究结果可为进一步研究猪毛菜抗旱机制提供参考。

半干旱风沙草原区盐湖植物防护体系土壤理化性状特征

为探究植物防护措施对半干旱风沙草原区土壤的改良效应,以查干淖尔盐湖植物防护体系为研究对象,采用野外调查结合室内试验的方法,测定不同区域土壤理化性质,分析0—30 cm深度土壤含盐量、土壤酸碱度、土壤粒径组成、土壤有机质和氮磷钾含量的变化。结果表明,查干淖尔盐湖植物防护体系营造建设20年后,在防护带阻挡风蚀物质和植物改善土壤的协同作用下,原有高盐强碱土壤环境出现了显著变化。与干涸湖心相比,植物防护体系内各样地pH均有不同程度的降低,碱蓬防护带内土壤含盐量降低75.34%;碱蓬防护带内土壤粘粒和粉粒含量增幅明显,较干涸湖心分别增加51.60%和22.14%,粗砂含量较干涸湖心降低72.06%;碱蓬防护带内土壤速效钾、速效磷、有机质含量较高,分别是干涸湖心的86%、39%、55%;过渡带白刺灌丛速效氮含量较高,为干涸湖心的28%。总体上各养分含量与粘粒和粉粒呈显著相关(P<0.05)。历经20年的营建,碱蓬防护带内土壤速效钾、速效磷、有机质含量较建设初期明显增长,表明植物防护体系对土壤具有明显的改良作用。研究成果为盐湖植物防护体系防护效应评价提供数据支撑,并为半干旱风沙草原区干涸盐湖风蚀控制和区域植被恢复重建提供科学依据。

利用叶片结构、生理及转录组分析雾冰藜干旱胁迫响应机制

为探究雾冰藜(Bassia dasyphylla)对干旱胁迫的结构、生理和分子响应机制,对不同干旱胁迫梯度处理的叶片进行解剖结构、生理指标及转录组学测定。结果表明:干旱胁迫导致贮水组织厚度显著降低(P<0.05),叶厚和表皮厚在干旱胁迫7 d时显著增大(P<0.05),分别增加24.32%和84.58%;脯氨酸含量在干旱胁迫21 d最高(P<0.05),H2O2含量在胁迫14和21 d显著增多(P<0.05),超氧化物歧化酶(SOD)活性先降后升,在胁迫21和28 d显著升高,过氧化物酶(POD)活性在胁迫14 d最大(P<0.05),为38.08 U·g^(-1)。与0 d相比,干旱胁迫7、14、21和28 d的差异表达基因(DEGs)分别有1860、2781、1550和819个;DEGs显著富集在有机氮复合代谢过程、氧化磷酸化、防御反应、ATP代谢过程等GO条目中;DEGs显著富集在氧化磷酸化、蛋白酶体、核糖体和剪接体等KEGG通路中。非生物胁迫相关通路DEGs分析表明,胁迫感知受体激酶(热激蛋白、干旱/盐胁迫蛋白等),抗氧化酶(CCS、POD等)、信号通路(Ca^(2+)、MAPK等)、转录因子(ERF、bZIP、MYB等)、激素信号通路、细胞壁合成、蛋白质降解和次级代谢物等通路基因参与干旱胁迫响应调节。研究结果可为今后雾冰藜抗旱基因资源挖掘和利用提供参考。

流沙固定过程中土壤-植被系统演变

包兰铁路横穿腾格里沙漠沙坡头段,全长45km,年降水量186mm;流动沙丘相对高度20m,以每年4m的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于1956年,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路畅通无阻。几十年的土壤植被系统演变正影响着整个防护体系。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化;土壤从流动风沙土向钙积旱成土发育,地表生物结皮发育;降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变,新的水分平衡格局明显影响现有防沙固沙体系。

干旱区五种木本植物枝叶水分状况与其抗旱性能

用压力-容积(PV曲线)法测定了柽柳、梭梭、胡杨、沙枣和花棒等5种干旱区木本植物的水分参数,同时用TPS-1型光合蒸腾测定系统、压力室和露点微伏压计测定了其叶片(同化枝)的蒸腾速率、枝叶水势和渗透势,并结合持水力和枝叶相对含水量等的测定结果,分析了5种木本植物枝叶水分状况与其抗旱性能的关系。结果表明:PV曲线水分参数虽然在一定程度上反映了植物组织内部的水分状况和抗旱潜力,但依据不同参数分析得出的不同植物抗旱性有所不同,有的甚至相反;以PV曲线水分参数为依据利用隶属函数法计算的综合抗旱性指数显示5种木本植物抗旱性能并无显著差异。而综合PV曲线水分参数和蒸腾速率、枝叶水势、渗透势等实测水分指标计算的综合抗旱性能指数则较好地显示了5种木本植物的综合抗旱性能的强弱,即第1层次梭梭抗旱性最强,第2层次是柽柳,第3层次是沙枣、花棒和胡杨,其中又以胡杨综合抗旱能力最差。由此可见,采用PV曲线水分参数和实测水分指标进行综合评价能够较好地评定植物的抗旱性能。

干旱区木本植物盐分积累与其耐旱性的关系

通过对干旱区4种木本植物体内Na+,K+浓度和水分、光合等指标的测定、比较,分析盐分积累与其耐旱性的关系。结果表明:梭梭和柽柳能够吸收、积累较多的Na+,而花棒和沙枣组织Na+浓度相对较低;与花棒和沙枣相比,梭梭和柽柳具有较低的组织水势和渗透势、较小的蒸腾失水量和较大光合作用有效水势范围。表现为植株水势、渗透势和蒸腾失水量与其组织Na+浓度呈负相关,而光合作用有效水势范围大小则与其呈显著正相关。由此可见:盐分积累能够降低组织渗透势和水势、增强水分吸收的动力,同时还可以减少蒸腾耗水,有利于植株在低水势下维持较高的光合作用能力,即干旱地区的植物通过积盐可以增强其抗旱能力。

干旱半干旱区裸露边坡适宜喷播的绿化基质筛选

甘肃黄土高原干旱半干旱区裸露边坡年均降水量少、气候干燥、蒸发强烈,导致边坡绿化植物存在出苗难和成活率低等诸多问题。本研究以干旱半干旱区裸露边坡为研究对象,通过L9(34)正交试验,研究生物肥、保水剂、草炭土、土壤、秸秆、速效肥6种喷播绿化基质在不同用量和比例组合下的理化性质,及其对边坡水分蒸发量、植被盖度、地上植物量的影响,以期筛选出适宜的喷播绿化基质配方。结果表明,草炭土∶土壤∶秸秆比例为40∶45∶15,嗜盐碱微生物菌肥500 g·m^(-2)、保水剂1 g·m^(-2)、速效肥25 g·m^(-2)可有效减小水分蒸发量,提高植被盖度和地上植物量,对黄土高原裸露边坡植物生长最为有利。

气候变暖对西北干旱区农作物种植结构的影响

采用年平均气温与冬小麦、春小麦、玉米和棉花种植面积的相关分析得出:年平均气温与新疆冬小麦种植面积呈显著负相关,与西北干旱区大部地方春小麦种植面积呈显著负相关,与西北干旱区大部地方玉米种植面积呈显著正相关,与新疆和甘肃河西棉花种植面积呈显著正相关。气候变暖、热量资源增加,使喜凉的春小麦和冬小麦种植面积呈迅速减少趋势,喜温的玉米和棉花种植面积呈迅速扩大,夏秋作物种植结构发生明显改变。

土壤-植被系统演变对生物防沙工程的影响

包兰铁路横穿腾格里沙漠的沙坡头段 ,全长近 5 0km ,这里年降水量 186mm ,流动沙丘相对高度 2 0m以上 ,以 4m·a- 1 的速度向东南方向移动。无灌溉条件下、工程措施与生物措施相结合的防沙固沙工程体系始建于195 6年 ,近半个世纪以来该体系确保了包兰铁路的畅通无阻 ,累计经济效益逾百亿人民币。虽然当初的建设者充分考虑了耐旱的乡土树种、有效的工程固沙系统 ,但很难想到几十年后的土壤 -植被系统的演变会危及整个防护体系的稳定性。植被在从人工系统向自然系统的演变中经历了覆盖度从增加到减少的自疏过程、从灌木到半灌木到草本的变化 ,其降低风速和防风的功能减弱 ;土壤从流动风沙土发育成钙积旱成土 ,地表生物结皮发育 ,增加了表土的抗风蚀的能力 ;土壤 -植被系统的演变使得降水在生态系统中的再分配过程已经彻底改变 ,并由于防护林体系配置不完善 ,在 5 0～ 5 0 0cm的土层深度一个生物成因的干旱层逐渐形成 ,新的水分平衡格局明显威胁到现有的防风固沙体系。

干旱区湿地景观植物群落与环境因子的关系

以塔里木河中下游湿地和艾里克湖湿地为研究对象,探讨干旱区湿地生态系统植物群落空间分布格局特征及影响群落分布的主要环境因子。采用双向指示种分析(TWINSPAN)法对研究区植物群落进行分类,并采用无偏对应分析(DCA)法对该分类结果进行验证,定量分析植被与8个土壤环境因子之间的关系。结果表明,调查样方中共出现38种植物,隶属于15科35属。采用TWINSPAN法可将41个样方中植物群落划分为7个类型,这7个群落类型分别以梭梭(Haloxylon ammodendron)、苦杨(Populus laurifolia)、芦苇(Phragmites australis)、胡杨(Popu-lus euphratica)、盐穗木(Halostachys caspica)、刚毛柽柳(Tamarix hispida)、盐角草(Salicornia europaea)为建群种。DCA排序结果表明,土壤含水量和全磷含量是制约研究区域植被分布格局的主要环境因子。

元谋植物品种资源在金沙江干热河谷景观应用的前景探讨

在云南元谋干旱燥热的独特气候下,一些乡土植物和外来引种植物资源在干热区环境中表现出较强的适应性。这些植物大都具有较强的耐旱性和持久性,在干热区环境中不仅能改善生态环境,而且能形成独特的植物景观,在景观营建上具有一定的发展优势和应用前景。

旱地地膜玉米“贫水富集”种植模式研究

对不同降雨年份6种旱地地膜玉米种植模式研究结果表明，槽式、垄沟、低穴、撮苗等微集流模式均能小范围富集叠加降雨，改善玉米水分微生境。降雨量不同，模式间集雨效果亦不同，分别比对照多集雨1.9～7.8mm。不同种植模式玉米增产顺序依次为槽式〉垄沟〉低穴〉撮苗，增产率为12．7％～21．9％。

SPAC系统研究进展及其在干旱区研究应用初探

本文介绍了干旱区SPAC系统的研究取得的成果 ,就SPAC系统的研究进展情况做了简要总结。SPAC系统在干旱区有其广泛的应用基础。指出SPAC系统研究的重要意义在于它是为绿洲稳定性服务的。

宁夏中部干旱带药用植物资源现状与保护利用对策

分析了宁夏中部干旱带药用植物资源保护利用存在的问题,提出了有效保护宁夏中部干旱带中药植物资源与可持续利用对策,为深入研究与保护当地药用植物资源提供技术支撑。

干旱区小城镇园林绿化树种的评价与筛选——以新疆北屯市为例

通过对新疆生产建设兵团北屯城区园林绿化树种的生长情况、适应能力、绿化效果进行调查,建立适合以北屯市为代表的干旱区生态环境的树种评价AHP模型及树种评价体系,对新疆天山以北的园林绿化树种进行评价,筛选出符合北屯市生态环境和绿化景观要求的树种。

干旱荒漠区麻黄资源及其人工栽培技术

介绍了麻黄的生物学特性、经济价值以及麻黄的人工栽培和管理技术,分析了麻黄的经济、生态和社会效益,指出人工种植麻黄是缓解药企麻黄药源不足,恢复麻黄草原生态以及促进农牧民增收的重要渠道,为干旱荒漠区可持续发展奠定基础。

半干旱区玉米根域集雨种植模式下的施肥效应研究

为集成完善旱作农田根域集雨种植技术,实现水肥耦合叠加效应,本研究设置了4种化肥施用量梯度,即高(H:1 279 kg·hm^(-2))、中(M:919 kg·hm^(-2))、低(L:460 kg·hm^(-2))和不施肥(CK),对不同处理条件下的春玉米产量、养分利用效率及化肥偏生产力进行了研究。结果表明,随着施肥量的增加,春玉米产量显著提高,提高幅度4.70%~39.48%。与不施肥CK处理相比,施肥处理增加了玉米植株对氮素和磷素的吸收量,最高增幅可达101.51%。养分利用率随着施肥量的增加呈抛物线型变化。土壤养分贡献率和化肥偏生产力随着施肥量的增加均呈降低趋势,综合经济产量和化肥投入成本分析,在试验区域根域集雨种植模式下中量施肥较适,即每公顷纯N施用300 kg、P2O5施用150 kg左右。

Review of several problems on the study of eco-hydrological processes in arid zones

Ecosystem degradation is a common and cardinal environmental problem in arid zones. The change in the eco-hydrological processes is the basic cause responsible for such a problem. The study on the eco-hydrological processes in arid zones has become a forefront and focus of the eco-environmental research. Recent studies on eco-hydrological processes in arid zones show that the primary vegetation pattern and its eco-hydrological effect are of the most stable state of the ecosystem in arid zones. Special water absorption ways of plants in arid zones and the hydraulic lift and reverse hydraulic lift functions of some plants are the key mechanisms to maintain the stability of the ecosystem in arid zones. In the case of water shortage, ensuring ecological water requirement and maintaining proper ecological ground- water table are the prerequisite to keep healthful operation of the ecosystem in arid zones. The paper reviews some advances in the study of eco-hydrological processes in arid zones. It puts

干旱盐碱地区园林绿化策略探讨——以克拉玛依森林公园为例

干旱区盐碱土地不适于园林植物的生长,绿化、美化难度大。该文以克拉玛依森林公园为例,在分析了园区生境条件及天然植被生态学特征的基础上,探讨了植物造景存在的主要问题,提出了植物造景策略,以期为克拉玛依森林公园盐碱地的改良及植物造景提供理论指导。

干旱区人工枣林蒸散及植株蒸腾的模型模拟

【目的】选择适合的模型模拟干旱区枣林蒸散量及植株蒸腾量,为干旱区枣林制定合理灌溉制度、灌溉决策提供理论依据。【方法】SIMDual_Kc模型以双作物系数法为基础,引入作物密度系数K_(d),适用于稀疏冠层的果树或高频灌溉的作物。利用干旱区人工枣林2年涡度协方差(Eddy covariance,EC)技术实测蒸散量、热脉冲法实测植株蒸腾量,验证SIMDual_Kc模型的适用性和率定模型参数,并根据实测数据预设灌溉频率,模拟不同灌溉频率对蒸散的影响。【结果】SIMDual_Kc模型模拟干旱区人工枣林生育期内的蒸散量、植株蒸腾量精度较高,蒸散量模拟精度:决定系数R^(2)=0.57-0.60,模型一致性指数d=0.86-0.87,模型有效性NSE=0.51-0.55;植株蒸腾量模拟精度:R^(2)=0.73-0.77,d=0.91-0.92,NSE=0.62-0.64;蒸散量、植株蒸腾量的实测值和模拟值有较好的一致性。适用于干旱区人工枣林的SIMDual_Kc模型参数:基础作物系数K_(cb ini)=0.18,K_(cb mid)=0.7,K_(cb end)=0.7;蒸发层深度Z_(e)=0.15 m,总蒸发水量TEW=18 mm,易蒸发水量REW=9 mm,土壤水分消耗比率p=0.5。情景预测显示,在总灌溉量相同时,不同的灌溉频率对土壤蒸发量影响较大,对植株蒸腾量影响较小;土壤蒸发量随着灌溉频率的增大而变大,土壤表层含水率对土壤蒸发量的影响较大。【结论】SIMDual_Kc模型模拟干旱区人工枣林蒸散量、植株蒸腾量的精度较高,选择合适的滴灌频率对节水很重要。