盐度对滨海湿地盐地碱蓬生理指标和反射光谱的响应分析

为探讨盐度对碱蓬生理指标和反射光谱的响应,以滨海湿地盐地碱蓬(Suaedasalsa)为研究对象,采用自然光照盆栽试验方法研究8种盐度(0(对照,CK)、5、10、15、20、25、30和35)对碱蓬幼苗的生理指标(株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量、可溶性总糖和蛋白质质量比)和反射光谱的响应。研究结果表明:盐度对碱蓬植株生理指标存在显著响应,低中盐度(0～25)对植株生长有促进作用,而高盐度(30～35)对植株生长起到抑制作用;25盐度下,碱蓬株高、鲜质量、干质量、叶片叶绿素含量、可溶性总糖质量比均高于其他盐度和对照组;不同盐度处理下的碱蓬植株蛋白质质量比均高于对照组;盐度对碱蓬反射光谱存在明显响应,碱蓬在绿光和近红外波段的反射率随着盐度的增加而逐渐减小;通过相关分析判断出碱蓬株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量、可溶性总糖和蛋白质质量比的诊断波段,分别是547、555、548、556、546和2 300 nm。碱蓬高光谱特征指数MTCI、MNDVI1、DCNI、TCARI/OSAVI和R546在不同盐度下存在明显差异,可作为盐分胁迫的高光谱响应诊断指标。分析盐度对碱蓬生理指标和反射光谱的响应,可为深入研究碱蓬对退化滨海湿地生态修复具有重要参考意义。     

盐胁迫对不同生境种源盐地碱蓬幼苗生长、光合色素及渗透调节物质的影响

为探讨盐地碱蓬(suaeda salsa)适应不同生境的生理机制,研究了不同盐分处理(0、200和400mmol/L的NaCl;0、200和400mmol/L的KCl)对盐碱地和潮间带生境盐地碱蓬地上部分鲜重、干重、肉质化程度、光合色素及渗透调节物质的影响。结果表明:200mmol/L的NaCl处理使盐地碱蓬的地上部鲜重、干重、肉质化程度显著增加,400mmol/L的NaCl处理和两种浓度的KCl处理均使盐地碱蓬的鲜重、干重、肉质化程度显著降低;NaCl和KCL处理均使碱蓬的叶绿素含量显著降低,但使叶绿素a/b的值显著提高;NaCl和KCl处理使盐地碱蓬有机酸含量呈降低趋势,但使脯氨酸含量显著增加;200mmol/L的NaCl和KCl处理使碱蓬的可溶性糖含量显著增加,而400mmol/L的NaCl和KCl处理则其显著降低;潮间带生境盐地碱蓬的地上部鲜重、干重、肉质化程度、叶绿素a和叶绿素b含量显著低于盐碱地生境;钾盐对盐地碱蓬的胁迫效应显著大于钠盐;盐碱地生境碱蓬对盐分胁迫的响应显著高于潮间带生境。     

盐度对碱蓬幼苗地上部分膜脂过氧化作用的影响

于1987年,用盐度为0,100,200,500,1000mmol/L NaCl的Hoagland完全培养液培养碱蓬,测定幼苗地上部分膜脂过氧化产物丙二醛(MDA),同时研究超氧化物歧化酶(SOD)的活性。结果表明,(1)盐胁迫明显影响MDA含量:12h之内,各种盐胁迫均使MDA量较对照组低;12h之后,低盐度(100mmol/L)继续使MDA较对照降低,而高盐度(≥200mmol/L)则促使MDA累积。(2)碱蓬体内SOD活性也明显受到盐胁迫的影响:12h之内,不同盐胁迫均使其活性较对照增大;12h之后,低盐度继续增加SOD活性,而高盐度则降低其活性。MDA和SOD活性之间存在负相关性。上述结果表明,碱蓬的盐伤害与自由基有关。     

盐胁迫对大米草反射光谱和叶绿素浓度的影响

为促进海岸带生态系统的完整性和健康可持续发展,本文以滨海湿地盐沼植被大米草为研究对象,进行不同盐分浓度(10,20,30)胁迫处理,并对比分析不同盐分含量对各个测定期内的大米草叶片反射光谱和叶绿素浓度的影响。结果表明:大米草叶片叶绿素浓度在高盐胁迫下变化最显著,然后依次是中盐胁迫、低盐胁迫。大米草叶片反射光谱在不同的盐分胁迫下,曲线变化主要体现在绿光波段的反射峰和680nm附近的抬升程度;叶绿素浓度越低,抬升越明显。光谱特征参量D725/D702,D715/D702,D725/D722,BmSR,mSR,mND,NDI,DD的变化趋势与叶片叶绿素浓度演变趋势一致;胁迫程度不同,光谱特征参量的变化幅度也不同。该研究可为大田试验条件下探讨滨海湿地盐沼植被盐分胁迫反射光谱响应机理提供理论参考。     

低磷胁迫下翅碱蓬生长特性及脂肪酸含量的变化机制

为了研究低磷条件对盘锦滨海湿地优势物种翅碱蓬的影响,本文探究了不同无机磷酸盐浓度处理下翅碱蓬生理指标、光合色素、丙二醛(MDA)及不同组织脂肪酸含量的变化。结果表明,翅碱蓬株高、茎长、茎粗、叶片数量、株重均与施磷浓度呈显著正相关,MDA含量与施磷浓度呈显著负相关(P<0.05)。叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量先降低后升高。低磷条件会影响翅碱蓬根部脂肪酸C18:2n6与C16:0的相互转化;叶片中多不饱和脂肪酸相对含量降低,中长链脂肪酸相对含量升高,茎中脂肪酸则无明显变化。本文分析翅碱蓬植被退化与磷含量的关系为盘锦辽河口湿地修复治理及翅碱蓬保护提供依据。     

不同盐胁迫时间下秋茄幼苗叶片膜脂过氧化作用的研究

对长时间和短时间盐胁迫下红树植物秋茄(Kandelin candel)叶片膜脂过氧化作用、叶绿素含量、电解质渗透率、叶片肉质化程度等与盐胁迫强度之间的关系进行了对比研究.结果表明,短时间盐胁迫和长时间盐胁迫下秋茄叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛(MDA)含量、叶片肉质化程度等随盐胁迫强度的提高而有不同的变化规律.在短时间盐胁迫下,随基质盐度的提高,SOD活性(fw)变化呈“U”型,在盐度15～20处叶片SOD活性最低,MDA含量变化不明显,电解质渗透率和叶片肉质化程度先升高而后下降,在盐度20处最高;在长时间盐胁迫下,SOD活性先随盐度的提高而提高,当盐度高于10时又随盐度的提高而下降,而MDA含量随盐胁迫程度的提高而下降,电解质渗透率和肉质化程度却上升,不同盐胁迫时间下红树植物秋茄具有不同的耐盐机制.膜脂过氧化不是盐胁迫下秋茄叶片膜损伤的主要原因.     

基于HJ-1高光谱影像的黄河口芦苇和碱蓬生物量估测模型研究

湿地植被的生物量是湿地生态评价、保护和利用的重要基础数据,遥感技术已经成为湿地生物量高效、准确监测的重要手段。基于2013年9月的HJ-1 高光谱遥感影像,应用准同步现场踏勘数据,通过单变量线性回归和多变量线性回归的方法,针对7种常用的窄波段植被指数和2种红边指数对黄河口芦苇和碱蓬生物量(地上干重)的估测能力进行了评价。结果表明:(1)单光谱指数变量情况下,对于芦苇,选择近红外827 nm波段和红635 nm波段简单植被指数(SRI)和线性插值红边指数(REP_ linear interpolation)取得了最佳的单变量回归结果,决定系数分别达到0.42和0.58;对于碱蓬,选择近红外807 nm波段和红692 nm波段的归一化差值植被指数(NDVI)、SRI和优化的土壤校正植被指数(OSAVI)取得了较好的回归结果,决定系数分别达到0.60,0.59和0.47;(2)多光谱指数变量情况下,以在单变量回归分析中取得较好结果的SRI和REP_ linear interpolation指数为变量,芦苇得到了与其生物量之间决定系数为0.71的高相关性;同时,以NDVI、SRI和OSAVI为变量,与碱蓬生物量的决定系数达到了0.66。     

盐地碱蓬AGO蛋白基因家族的分离及表达分析

AGO蛋白(Argonature protein)作为RNA诱导沉默复合物的核心元件,在植物的非生物胁迫过程中发挥着重要作用。以前期获得的盐地碱蓬转录组数据为基础,开展了针对盐地碱蓬(Suaeda salsa)AGO蛋白的生物信息学及盐胁迫下的表达规律研究。采用RACE技术克隆2个AGO基因家族成员(SsAGO1、SsAGO16)的cDNA全长序列,并对其蛋白结构、进化关系、表达模式等进行分析。结果表明:盐地碱蓬2类AGO蛋白家族成员基因长度分别为3 212 bp和3 766 bp,编码的蛋白均是一个无跨膜结构域、无信号肽的亲水性蛋白,α-螺旋散布于每个蛋白质的整体结构中;SsAGO1和SsAGO16都含有一个未知的结构域DUF1785,除此之外,SsAGO1还含有PAZ和PIWI两个特征结构域,而SsAGO16仅含有PIWI结构域,SsAGO1和SsAGO16亲缘关系较远,且具有不同的时空表达模式。首次从盐地碱蓬鉴定了AGO蛋白基因并进行了盐胁迫下的表达规律分析,为研究AGO蛋白家族在盐生植物耐盐生理过程中的作用奠定了基础。     

调控淹水对互花米草生理影响的研究

调控淹水是控制入侵物种互花米草(Spartina alterniflora)的物理措施之一。本项实验应用盐度为8的淹水,研究了互花米草生长期间的相关生理和生长参数对0、25、50、75和100cm梯度淹水胁迫的响应。实验结果表明,互花米草在25cm淹水胁迫下,其株高、叶片中叶绿素a和叶绿素b含量均显著高于同期对照组(p0.05);在50cm及以上的淹水胁迫下,互花米草的株高、叶片中叶绿素a和叶绿素b含量、可溶性糖含量均显著低于同期对照组(p0.05),生长季末无开花结穗。研究表明,低水位(50cm)淹水胁迫促进了其营养生长,对生殖生长无显著影响(p0.05);而高水位(≥50cm)淹水胁迫能有效地抑制互花米草营养和生殖生长,是控制互花米草扩散的有效水位。     

多光谱遥感影像的光谱规则分类算法修正及海岛、海岸带应用

在光谱规则分类算法(Spectral Rule-based Classifier, SRC)基础上考虑大气校正对遥感影像光谱反射率的影响,提出了一种改进光谱规则的分类算法(Modified Spectral Rule-based Classifier, MSRC),从地物光谱响应曲线和光谱指数两个方面来修正光谱规则集,通过规则细化和补充、阈值改正优化光谱类别。以珠江三角洲海岛(佳蓬、淇澳)和海岸带(荃湾、惠东)的Landsat 8影像作为实验数据,对比了大气校正前后波段反射率和地物光谱响应曲线,分析了改进后MSRC算法的地物分类结果和精度,并与原SRC算法、最小距离分类(MDC)算法、最大似然分类(MLC)算法、支持向量机分类(SVM)算法、神经网络分类(NNC)算法以及基于光谱指数的算法等多种地物分类算法进行比较。结果表明,4组实验数据的MSRC算法分类结果总体精度分别为87.66%、82.38%、77.67%和80.05%,高于SRC、MDC、MLC和基于光谱指数的分类算法,在无需人工标注训练数据集的前提下接近SVM和NNC算法的分类精度。MSRC算法适用于海岛和海岸带的Landsat 8多光谱遥感影像。     

基于HJ-1A高光谱的黄河口碱蓬和柽柳盖度反演模型研究

碱蓬和柽柳是黄河口湿地典型的盐生植物类型,是多种保护珍禽的主要栖息地,具有景观尺度较小、分布广且多混生的特点。应用覆盖黄河口北部潮滩的HJ-1A高光谱遥感影像,基于现场测量的端元光谱和从遥感影像中使用顺序最大角凸锥法(SAMCC)自动提取的端元光谱,应用线性光谱分解法(LSU)、正交子空间投影法(OSP)、匹配滤波法(MF)、最小能量约束法(CEM)和自适应一致估计法(ACE)5种不同光谱解混方法进行混合像元光谱解混,对比两种方法得到的端元光谱分别对碱蓬和柽柳盖度的反演能力,并给出相应的反演模型。结果显示:(1)现场测量端元光谱取得了较好的碱蓬和柽柳盖度反演结果,其中应用LSU方法的光谱解混结果与现场测量盖度的决定系数对于碱蓬和柽柳分别达到了0.88和0.95;(2)两种端元获取方式的光谱解混结果中,LSU和OSP方法均获得了较高的相关性,ACE解混方法的相关性都最低;(3)SAMCC方法提取端元光谱对柽柳的分解结果与现场测量盖度的相关性远高于碱蓬。     

盐胁迫对盐生杜氏藻生长及叶绿素荧光特性的影响3期王帅,等:盐胁迫对盐生杜氏藻生长及叶绿素荧光特性的影响35

以盐生杜氏藻(Dunaliella salina)为实验材料,研究在不同盐度(5,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130)下处理不同时间后(12、24和48h),该藻的生长及叶绿素荧光特性的变化情况。结果表明,盐生杜氏藻生长和进行光合作用的最适盐度为100,适宜盐度范围为20~110。在盐度过低(20)和过高(110)的胁迫条件下,盐生杜氏藻PSII的荧光指标(Fv/Fm、ΦPSII、Fv/Fo和rETR)显著降低。该藻的细胞密度和叶绿素含量均在盐度100时达到最大值。相关性分析结果表明,盐生杜氏藻的荧光指标(Fv/Fm、ΦPSII、Fv/Fo和rETR)与细胞密度呈极显著的正相关性,因此可通过PSII荧光指标的变化来反映该藻对盐胁迫的耐受性。本文还对盐胁迫下盐生杜氏藻的响应机制和叶绿素荧光技术在筛选耐盐微藻品种中的应用进行了初步探讨。     

盐胁迫对塔胞藻生长及叶绿素荧光动力学的影响

利用调制式叶绿素荧光仪(Water-PAM)研究了盐度(1~120)胁迫不同时间(12,24,48 h)后,塔胞藻生长及叶绿素荧光动力学的变化。测定的主要参数有:PSⅡ的最大光能转化效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ的实际光能转化效率(ΦPSⅡ=yield)、光合电子传递效率(ETR)、光化学淬灭(qP)和非光化学淬灭(NPQ)。结果表明:在本实验条件下,塔胞藻生长和进行光合作用的最适盐度为20。高盐胁迫使塔胞藻的荧光参数Fv/Fm,Fv/Fo,ΦPSⅡ,ETR,qP均明显降低,NPQ则先升高后降低,叶绿素含量和细胞密度也显著降低。还对盐胁迫下塔胞藻的响应机制以及叶绿素荧光技术在筛选耐盐微藻品种中的应用进行了初步探讨。     

削弱水分影响的潮滩表层沉积物遥感分类方法研究

潮滩沉积物中的水分掩盖了沉积物本身的光谱信息,不利于沉积物遥感分类。利用江苏大丰潮滩沉积物在不同含水量下的398条实测光谱曲线数据,基于线性光谱分解方法定量化分析了沉积物光谱对含水量变化的响应,建立削弱水分影响的潮滩表层沉积物组分(砂、粉砂、黏土)含量反演模型,应用于Hyperion高光谱遥感影像,获得沉积物组分的空间分布,并结合Shepard三角分类法实现了潮滩表层沉积物的自动分类。研究结果表明:(1)当沉积物含水量增加时,沉积物光谱中水分权重以含水量的2倍速率增加,含水量大于25%,则水分对光谱的影响占主导作用;(2)2 143 nm波段反射率对沉积物的含水量变化敏感,利用2 143 nm波段反射率进行潮滩沉积物的含水量反演,模型拟合度r2可达0.81;(3)983,1 134 nm波段反射率对沉积物组分含量反演敏感,将含水量与沉积物组分敏感波段一起建立多元线性回归方程,可有效削弱水分的影响,适用于高含水量潮滩区的沉积物组分含量反演;(4)将组分反演结果结合Shepard分类,可实现潮滩沉积物分类,得到潮滩沉积物类型的空间分布特征,分类精度为75.93%,Kappa系数为0.6。     

黄河口湿地典型地物类型高光谱分类方法

黄河口湿地地物类型具有复杂多样的特点,本文将线性光谱混合分析模型与归一化植被指数(NDVI)和归一化水体指数(NDWI)相结合,建立了一种新的滨海湿地遥感影像分类方法;开展了基于CHRIS高光谱影像的黄河口湿地芦苇、柽柳、碱蓬、大米草、潮滩和水体6种典型地物分类实验,整体分类精度为77.33%,Kappa 系数为 0.71,与经典的最大似然分类(MLC)方法相比较,整体分类精度提高1.6%,Kappa 系数提高0.02,尤其是芦苇、碱蓬、大米草和潮滩的分类精度明显提高。     

不同盐度胁迫对坛紫菜叶状体生理指标的影响

以坛紫菜(Pyropia haitanensis)Z-61叶状体为材料,检测了高盐(110)胁迫与低盐(0)胁迫处理不同时间(0、4、8、24h和恢复4h)后叶状体中的羟自由基(·OH~-)清除能力、过氧化氢(H_2O_2)含量、丙二醛(MDA)含量、超氧阴离子(O_2~-·)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、抗坏血酸过氧化物酶(GSH)活性以及叶绿素荧光参数[包括PS II最大光化学效率(Fv/Fm)、表观光合电子传递效率(ETR)、非光化学荧光猝灭系数(NPQ)、实际光合作用效率Y(II)]的变化,以探究坛紫菜叶状体对不同盐度海水的耐受机制.结果表明,在高盐和低盐胁迫下,H_2O_2的含量和·OH~-的清除能力随时间增加而呈现逐渐上升的趋势,而O_2~-·的含量在胁迫4h显著升高后无显著变化.且相比于高盐(110),低盐(0)胁迫下坛紫菜叶状体会产生更多H_2O_2、O_2~-·和·OH~-,膜脂过氧化物丙二醛(MDA)含量增加更明显,说明低盐胁迫引起坛紫菜叶状体的氧化损伤要显著高于高盐胁迫.高盐胁迫24h后,SOD的活性达到了最大,CAT、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、谷胱甘肽(GSH)的活性均呈现先上升后下降的变化趋势.低盐胁迫下,SOD、GSH的活性均不断增加,CAT、APX的活性先上升后下降.此外,低盐和高盐胁迫下,随时间的增加,叶绿素荧光参数均明显下降.上述结果表明,高盐和低盐胁迫下,坛紫菜叶状体的光合作用受到抑制,机体通过维持较高的抗氧化酶活性以提高活性氧的清除能力,进而保证藻体的正常存活.     

双台子河口芦苇湿地盐分离子空间变化与植物群落退化演替关系

以双台子河口芦苇湿地为研究对象,对2009年10月野外调查所获取的土壤、植物样品进行室内分析,研究盐分离子和植被群落退化演替的关系。结果表明:根据芦苇生物量、覆盖度、株高3项生长指标变化,研究区芦苇群落退化演替的顺序为芦苇—芦苇/补血草—芦苇/碱蒿—芦苇/碱蓬—獐茅/翅碱蓬—翅碱蓬。随着退化演替的进行,翅碱蓬群落的各盐分离子含量显著高于其他五种植物群落的含量。电导率与芦苇生物量、株高呈显著负相关,与土壤易溶盐离子(除CO2-3)呈极显著正相关(P0.01)。说明各盐分离子通过影响电导率而间接抑制植物生长,电导率与pH呈极显著正相关(P0.01),说明试验区土壤盐化的同时伴随着碱化。     

造礁石珊瑚共生藻对富营养的响应研究

研究了多孔鹿角珊瑚(Acropora millepora)及其共生藻在硝酸盐、铵盐、磷酸盐胁迫条件下的响应.结果表明,石珊瑚共生藻光合效率在各营养盐浓度下分别受到程度不同的抑制;表面共生藻密度及共生藻叶绿素 a 含量在硝酸盐、磷酸盐和铵盐与磷酸盐结合条件下都有所降低,但前者较后者的变化有所滞后;在铵盐作用下表面共生藻密度和共生藻叶绿素 a 含量均有所升高.以石珊瑚共生藻光合效率及叶绿素 a 含量作为指示珊瑚共生体系对胁迫的响应指标较为灵敏.     

夏秋季节潮滩植被光谱特征的差异性研究

植被在760-800nm波段的光谱特征与植被细胞结构、叶绿素含量以及覆盖度密切相关。本试验通过长江口南汇嘴潮滩典型湿地植被芦苇(PhragmitescommunisTrin)不同季度的观测数据,分析了夏季和秋季的芦苇的760-800nm波段的光谱特征参数。研究发现,夏季和秋季的结构不敏感色素指数SIPI(Structure-independent pigment index)的日变化不是很大,相比较秋季,在夏季的日变化为1.01-1.10,夏季SIPI与叶绿素仪的值SPAD(Soil and Plant Analyzer Development)值呈现出正相关性,秋季SIPI的走势呈现振荡,值的变化范围为0.985-1.020;色素比值指数PSSR(Pigment-specific simple ratio)在夏季的日变化不是很大,值在4.0-13.6之间波动,秋季的值较夏季的偏低一些,在2.5-8.5之间;夏季的色素归一化指数PSND(Pigment specific normalized difference)值在0.63-0.87之间波动,秋季的值在0.44-0.80之间波动,较夏季的PSND来说,秋季的值要低一些;Ratio值夏季和秋季都呈现出振荡的趋势,夏季的R_(800)/R_(670)比值型指数Ratio值的日变化较秋季来说偏高,两者分别为4.8-12.0和4.0-8.8。     

模拟升温对滨海湿地盐地碱蓬生物量及其枯落物分解影响的研究

为了研究滩涂湿地植物枯落物分解状况与温度的响应关系,基于系统动力学的原理,采用STELLA软件构建了盐地碱蓬(Suaedasalsa)种群生长与分解模型,对比了盐地碱蓬生物量与枯落物生物量的年变化过程,并解析了不同温度(原始温度、升温2.5℃、5℃)与植物枯落物分解状况的关系。模型结果表明,盐地碱蓬生物量与枯落物生物量年变化过程有显著差异,地上和地下生物量年变化过程为快速增长-稳定不变-快速减少,地上、地下枯落物生物量年变化过程为下降-急速上升-下降;温度升高会导致枯落物生物量增加和分解量降低,从而增加枯落物有机质量,使碳释放量减少。本研究揭示了在全球变暖的大环境下,滨海湿地植物枯落物分解变化情况,有助于深入了解滨海湿地植被在碳源汇过程中的作用。