隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制的研究进展

 隐花植物是指不产生种子的植物,是我国干旱、半干旱地区主要表面特征——生物土壤结皮的组成成分,并在其中扮演着独特而重要的生态作用。隐花植物对环境因子变化的响应和适应能力大小对整个生态系统稳定性具有重要影响。因此,有关增强UV-B辐射对隐花植物影响的研究已成为目前UV-B辐射研究领域的发展趋势和热点之一。通过系统地综述国内外有关隐花植物对UV-B辐射响应和适应机制研究方面的进展,分析了研究趋势,讨论了目前该领域研究的一些不足并对未来发展提出了展望,以期促进隐花植物的研究,加深对我国干旱、半干旱区隐花植物在应对UV-B辐射增强的响应和适应机制的认识。     

高山湖泊生态系统气候响应研究进展

作为高山淡水生态系统主要载体,高山湖泊生态系统具有生态环境原始、环境承载力低、自净能力弱以及生物群落结构单一等特点,对于气候与环境变化响应敏感。围绕气候变化背景下高山湖泊生态系统结构与功能变化这一主线,系统分析了山区海拔依赖性增暖对高山湖泊热力特性、溶解氧分层以及生物过程的影响,阐述了辐射增强背景下高山水生生物适应对策及水下辐射特征变化,揭示山区降水变化对高山湖泊跨生态系统物质补贴及生物地球化学循环的影响机制。在今后研究中,需完善多气候因子变化下的湖泊生境综合响应实验,建立对高山湖泊生态系统全要素的系统监测与整合,以加强高山湖泊生态系统对气候变化的响应过程及适应机制的认知。     

全球陆地生态系统与大气之间碳交换的模拟研究

利用陆面物理过程和植被生理生态过程完全动态耦合的大气植被相互作用模式 (AVIM) ,对全球陆地生态系统的净初级生产力进行模拟。全球陆地生态系统植被分为 1 3类 ,土壤质地分为 7类 ,确定了各种植被和土壤的模式参数。采用全球陆地 0 .5× 0 .5网格点气候平均资料 ;以 30分钟为步长进行积分。并用全球不同地区各种植被类型的 1 9个 NPP观测样点数据校准模型。AVIM模拟全球陆地生态系统 NPP的主要模拟结果如下 :全球陆地生态系统净初级生产力 (NPP)总量约为 60 .72 Gt Cyr- 1。分析了不同植被类型的 NPP分布 ,模式较好地模拟了全球陆地生态系统净初级生产力的纬向分布和区域分布的差异 ,模拟出中国植被生产力的分布特征。陆地生态系统净初级生产力与温度、降水和辐射等气候因素在不同地区有不同程度相关性 ,北方针叶林地区气候因子与 NPP的相关性明显 ,反映出植被对环境因子的不同响应及其物候特征。赤道热带雨林地区NPP与气候因子的相关性不明显。     

UV-B辐射对生物结皮层藓类植物生理生化指标的影响

以腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区常见藓类结皮中的真藓(Bryum argenteum)和土生对齿藓(Didymodon vinealis)为研究对象,通过室内模拟沙坡头地区臭氧损耗0%(对照)、6%、9%和12%所达到的UV-B强度梯度(2.75、3.08、3.25、3.41 W·m-2),研究了增强UV-B辐射对两种藓类植物渗透调节物质、膜质过氧化程度及抗氧化酶活性的影响。结果表明:随着UV-B辐射增加,两种藓类植物丙二醛(MDA)含量显著升高;可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)及过氧化氢酶(CAT)活性则降低;且UV-B辐射对真藓的影响大于土生对齿藓,说明真藓对UV-B辐射相对更敏感。本研究结果也预示着在未来UV-B辐射增强的情况下,温带荒漠生物土壤结皮(BSC)的组成和结构将会发生显著变化,这种变化将会深刻地影响BSC在荒漠生态系统中的功能,进而影响荒漠生态系统的健康和稳定。     

中国荒漠植物-土壤系统生态化学计量学研究进展

荒漠生态系统是中国陆地生态系统的重要组成部分,具有独特的结构和功能.生态化学计量学重点关注C、N、P元素比例及权衡关系,已成为揭示生态系统养分循环及其限制等生态过程的有力工具.植物自身体现出对养分元素的调控能力和对环境变化的响应及适应性,土壤C∶N∶P可表征土壤养分供应能力和储量变化,植物-土壤系统中N、P的养分循环关...     

结构—功能—生境框架下的西南喀斯特生态系统脆弱性研究进展

特殊的地质背景与生态环境叠加强烈的人类活动,导致中国西南喀斯特地区生态系统呈现显著的脆弱性特征。从生态系统敏感性和适应性角度出发,喀斯特生态系统结构、功能和生境对外界扰动响应的脆弱性特征研究已取得一定进展,尤其是借助物种多样性、生态系统生产力、土壤水分/养分等指标揭示了喀斯特生态系统对土地利用/覆被变化、石漠化等过程的敏感性等方面,但综合野外试验、数值模拟、数理统计等手段的生态系统敏感性定量化研究仍较薄弱。在生态系统适应性方面,虽然具有喜钙、耐旱以及石生等特性的植物种群通过形态结构和生理功能的自我调节能够呈现出对岩溶环境的适应性,但喀斯特生态系统对人类干扰和气候变化等环境胁迫响应的适应机制仍缺乏长期的生物及理化过程研究。今后,应针对生态系统结构、功能、生境间的正反馈机制,增强系统组分的耦合分析,加强喀斯特生态系统脆弱性驱动机制研究与定量评估,突出系统脆弱性在石漠化遏制和生态恢复重建中的关键地位。     

植物叶片性状沿海拔梯度变化研究进展

由于在海拔梯度上各种环境因子表现出连续的梯度性变化,以海拔梯度为平台研究植物叶片性状的适应特征有助于揭示植物对气候变化的响应,进而可以为研究全球变化与陆地生态系统的关系提供研究基础。本文重点分析了植物的叶寿命、比叶面积、叶氮含量、叶绿素含量等叶片结构性状和气孔导度、叶片羧化效率、水分利用效率和叶片δ^18C等叶片功能性状随海拔梯度的变化规律和特点,探讨了植物叶片性状的研究不足及未来发展方向,以便为国内相关研究的开展提供参考。     

不同光合型植物气体交换参数与环境因子的关系

以昆仑山前山低山群自然生长的塔里木沙拐枣(Calligonum roborovskii)和驼绒藜(Ceratoides latens)为研究对象,通过观测分析,探讨了干旱区山地生态系统不同光合型植物气体交换参数特征及其对环境因子的响应,结果如下:①塔里木沙拐枣光合速率、蒸腾速率不同月份变化不明显,对海拔高度升高的响应更积极,驼绒藜光合速率、蒸腾速率呈下降趋势,对海拔高度变化的响应不明显;②两种植物午间光合速率下降归因于叶片光合酶活性下降,气孔调节作用不明显;③塔里木沙拐枣光合速率主要受光合有效辐射强度和温度影响,蒸腾速率与饱和水汽压差负相关性不明显,驼绒藜气体交换参数与环境因子相关性不明显;④水分条件改善是促使塔里木沙拐枣向高海拔迁移的主要因素,温度提高有利于其良好生长。     

梭梭对降水的响应与适应机制——生理、个体与群落水平碳水平衡的整合研究

水是荒漠生态系统的首要限制因素.近20年来全球气候变化以及人类活动的加剧,导致古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠地区的降水与地下水位正在发生显著的改变;这些改变正导致荒漠植物用水策略的适应性变化,其种间差异性影响着荒漠植物群落组成与生态系统碳水平衡.本研究以中亚荒漠关键种梭梭Haloxylon ammodendron为对象,在生理生态、个体形态与群落尺度整合研究两个优势种对自然生境水分条件改变的响应与适应.实验于2005-2006年生长期开展,在地下水位于5.2-7.9 m之间波动的典型原始生境,追踪自然降水过程并设置人工降水梯度.观测生境水分条件变化时光合作用、蒸腾作用、叶水势和瞬时水分利用效率等生理活动的响应;研究根系分布和地上生物量累积等个体形态特征的适应性改变;利用涡度相关系统测定群落碳水通量,从而揭示不同尺度上梭梭的用水策略和碳同化维持机制.实验数据表明,梭梭主要利用降水形成的浅层土壤水维持生存;极为有效的形态调节和较强的气孔控制是其维持光合能力以及适应降水变化的主要机制;适量增多且在生长期内均匀分布的降水可对其产生明显正效应,这预示梭梭可能在未来种间竞争和群落演替中占有优势.本研究表明,应对环境水分胁迫与改变,荒漠植物具有高效的自我协调与适应能力,不同水平调节适应机制之间存在内在协调性;生理、个体、群落尺度整合研究是了解全球变化背景下生态系统过程与植物适应性的有效途径.     

红砂(Reaumuria soongorica)响应干旱和UV-B辐射双重胁迫的基因转录表达

荒漠植物在自然生境中同时遭受多种环境因子的胁迫,但植物对多重胁迫因子的应答响应机理目前仍然未知。利用数字基因表达谱技术分析了荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)在干旱、UV-B辐射以及干旱和UV-B辐射共胁迫下基因在转录水平的表达响应。结果显示:胁迫处理的材料与对照材料相比,差异表达的基因有上调表达基因和下调表达基因,且不同胁迫中下调表达基因总数多于上调的。双重胁迫与单因子胁迫相比,差异表达基因数量明显增加,且上调表达基因的数量增多,单因子胁迫之间的表达谱比双重胁迫与单因子之间的更为相似。双重胁迫诱导了356个上调和248个下调的特异表达基因。从诱导基因的差异表达量来看,多数基因的差异表达量集中在2~5倍,同时也诱导了少数基因的高度表达(高于100倍)。差异表达基因的GO(Gene Ontology)功能富集显著性分析和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)代谢通路分析表明,双重胁迫相比单因子胁迫,固碳作用等生物过程的表达显著性富集,且不同的代谢途径对不同的胁迫处理表现出不同程度的响应。这说明植物在基因转录水平对单因子胁迫和双重胁迫的响应机理在很大程度上存在差异。     

胡杨（Populus euphratica）枝叶异速生长关系随发育阶段及冠层高度变化的性别差异

胡杨（Populus euphratica）具有异形叶性,在维持干旱荒漠区生态平衡中发挥着不可代替的作用。研究枝、叶形态和生物量间的关系,探讨胡杨资源分配的策略具有重要意义。通过测定不同径阶胡杨雌雄株当年生枝、叶形态性状及生物量,研究在不同发育阶段和不同冠层高度下胡杨雌雄株枝、叶间的生长关系。结果表明：随径阶的增加,雌雄株叶片数呈减小趋势,枝条粗、叶柄长、叶柄粗、叶面积、叶片数、枝干重和每枝叶干重呈增加趋势;不同径阶胡杨雌雄株枝、叶形态间存在异速生长关系,随着径阶的变化,雄株枝叶形态转变较快,而雌株枝叶间的生物量转化效率更高;不同冠层高度胡杨雌雄株枝、叶形态间存在异速生长关系,随着冠层高度的变化,雌株枝叶形态转变较快,而雄株生物量转化效率更高。胡杨在高的冠层和成熟的发育阶段可能通过更短更粗的当年生枝条高效地为具有较大叶柄长、叶柄粗、叶面积的叶片提供水分和矿物质元素。     

遥感物候学研究进展

植物物候现象是环境条件季节和年际变化最直观、最敏感的生物指示器,其发生时间可以反映陆地生态系统对气候变化的快速响应.近年来,遥感物候观测因其具有多时相、覆盖范围广、空间连续、时间序列较长等特点,已成为揭示植被动态对全球气候变化响应与反馈的重要手段.文章在介绍植物物候遥感监测的数据集及其预处理方法的基础上.从植物物候生长季节的划分、植物物候与气候变化、植物物候与净初级生产量、植物物候与土地覆盖、植物物候与农作物估产等方面系统阐述了近5年来国内外遥感物候学研究的重要进展,并针对目前研究中存在的问题,提出近期遥感物候研究的主要方向:(1)发展一种更具普适性的物候生长季节划分方法;(2)通过开展植物群落的物候观测和选择合适的尺度转换方法,统一地面与遥感的空间信息;(3)定量分析植物物候变化对人类活动的响应机制;(4)选择适宜的数学方法和模型,实现各种不同分辨率遥感数据的融合;(5)通过动态模拟,预测植物物候对未来气候变化的响应.     

油蒿(Artemisia ordosica)光系统Ⅱ光化学效率对去除降雨的响应

认识植物生理特征对极端干旱的响应有助于理解和预测气候变化对生态系统过程的影响。通过对叶绿素荧光连续监测,研究了油蒿(Artemisia ordosica)光系统Ⅱ(PSⅡ)最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)和非光化学淬灭(NPQ)对去除降雨的响应,旨在探讨干旱环境下PSⅡ的光保护机制。结果表明:油蒿叶片ΦPSⅡ和NPQ受光合有效辐射影响呈现出明显的日变化。与对照相比,去除降雨条件下ΦPSⅡ降低、NPQ升高。去除降雨降低了ΦPSⅡ对环境因子的敏感性,提高了NPQ对环境因子的敏感性。去除降雨条件下F_v/F_m的降低是由于PSⅡ反应中心的可逆性失活。这些结果表明极端干旱影响油蒿PSⅡ光化学效率;油蒿通过增加非辐射热耗散来抵抗干旱胁迫。     

湖沼学

湖泊学P343.32005031998增强的UV-B对湖泊生态系统的影响研究=Effectsofin creasedUV Bradiationonaquaticecosystemsinlakes/张运林,秦伯强…∥地球科学进展.—2005,20(1).—106～112综述了国外在UV-B对湖泊生态系统影响的研究现状与动态,增强的UV-B在湖泊中呈指数衰减,不同湖泊衰减系数变化很大;光衰减系数与溶解性有机碳、有色可溶性有机物一般呈显著性正相关;增强的UV-B对浮游植物、浮游细菌、浮游动物及鱼类均有不同程度的影响;由于不同生物具有不同适应UV-B伤害的机制,湖泊生态系统的结构和功能也势必会发生变化.图1参60(洪明…     

宁夏春小麦对地表UV-B辐射增强的响应

研究UV-B辐射增强对宁夏地区春小麦的影响,可为正确评估UV-B增强对春小麦生长发育的影响程度制定合理的应对措施提供科学依据。以春小麦“宁春4号”为供试材料,采用大田定位试验,利用可升降式紫外灯装置,观测增加不同剂量UV-B辐射情况下春小麦的生物量、叶面积指数和产量结构因素等的变化状况。结果显示,UV-B辐射增强使春小麦地上部分生物量和叶面积指数减少,改变了各器官生物量分配格局,多数情况下,随着UV-B辐射增加量越多,春小麦生物量和叶面积指数减少的程度越大;此外,增加UV-B辐射也使春小麦株高降低,穗长、小穗数、结实粒数和千粒重降低或者减少。     

三种UV-B辐射强度下香蒲的生长和抗氧化状况

为了探究3种UV-B辐射强度对香蒲(Typha orientalis)生长和抗氧化状况的作用,于2017年5月19日~7月17日,在甘肃农业大学室外实验基地,构建模拟垂直潜流人工湿地,在其中栽种香蒲幼苗;在3种UV-B辐射强度[168μw/cm(自然光照下)、210μw/cm和252μw/cm]下,测定香蒲的生长和抗氧化指标。研究结果表明,随着UV-B辐射增强,香蒲叶片提前出现叶缘褪绿、萎蔫和坏死斑点等现象;在短时间3种强度的UV-B辐射下,香蒲的株高和生物量都显著增大,但是随着辐射时间的增加,香蒲的生长受到抑制,且生物量表现出向地下积累的规律;在实验前14 d,随着UV-B辐射强度的增强,香蒲叶片的丙二醛、抗坏血酸和还原型谷胱甘肽含量以及超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、抗坏血酸过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶活性都显著提高,14 d以后,其逐渐降低;在实验的不同时期,在植物生长中起主要作用的抗氧化酶和抗氧化物质存在差异。在UV-B辐射下,香蒲通过提高其抗氧化酶活性和抗氧化物质的含量,来抵抗UV-B辐射对其造成的损伤。     

不同尺度生态学中植物叶性状研究概述

植物叶性状与植物个体、群落、生态系统功能的基本行为和功能具有密切相关性,可反映植物适应环境变化所形成的生存对策。目前有关叶性状的研究非常多,从不同尺度（个体尺度、功能群尺度、群落尺度和区域及全球尺度）对叶的性状进行了研究。个体尺度叶性状的研究着重于揭示单个或多个植物种叶性状对不同环境因子（如温度、土壤水分等）的响应;不同功能群之间植物性状的分异表明环境因子对功能群而言存在选择压力（如低氮）,但在功能群内部,选择压力较弱;随群落结构的改变,群落叶性状平均值和建群种叶性状均存在显著变化;大尺度（区域和全球）的研究有助于定量化阐述叶性状分异规律及其与气候等环境因子之间的相关性。目前的研究没有从机理上阐述清楚植物叶性状对环境因子的响应、群落构建过程中植物叶性状的指示作用、叶性状分异的生物地理格局等,在未来的研究中应予以更多关注。     

基于MODIS的杭州湾南岸农业生态系统NDVI季节变化特征研究

NDVI是表征植物生长动态的重要指标,不同植物具有不同的NDVI变化曲线。植物生长过程中NDVI值逐渐增大。在生育期的某一阶段达到最大值后又逐渐减小。MODIS-NDVI数据因具有较高的时间分辨率。可用于农业生态系统NDVI变化研究。该文运用野外调查资料和2002年MODIS-NDVI 16d合成的23个时序的遥感数据。对杭州湾南岸农业生态系统不同种植制度的NDVI变化特征进行分析。结果表明,不同种植制度的NDVI曲线有其特定的变化规律。NDVI特征模型可用于农业生态系统种植制度分析,并为遥感估产提供基础数据。     

雌雄青杨幼苗对磷缺乏差异响应的离子组学研究

为探究雌雄异株植物对磷元素缺乏的性别差异响应,以水培雌雄青杨幼苗为对象,利用ICP-OES分别测定了对照条件和缺磷条件下,雌雄青杨幼苗叶片及根中10种元素(Ca,Cu,Fe,K,Mg,Mn,Na,P和Zn)的含量,并分析了雌雄青杨元素含量变化与性别之间的关系。主成分分析中,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)分别解释了总变量的50.6%和15.6%,明确区分了器官之间和处理之间的差异,发现缺磷条件下的根的变化比叶片更为明显。缺磷处理的青杨雄株幼苗叶片中P和Cu含量显著降低,而雌株幼苗叶片中Ca、Zn和Cu的含量却显著增加;缺磷处理导致雌雄青杨幼苗根中P含量均显著下降,雄株幼苗根系中Ca含量也显著下降,雌株幼苗根系中S含量显著增加。与青杨雄株相比,对照和缺磷处理雌株根系中K和Zn含量均较高。此外,缺磷处理的雌株叶片中Ca和Cu含量也比雄株高。元素相关性分析显示,相同价态元素之间存在竞争效应,但同主族元素之间的竞争并不显著。综上所述,缺磷处理导致了雌雄青杨幼苗根和叶片中元素含量的显著变化,相比于雄株,青杨雌株幼苗受到的影响更为显著。     

苏北海岸带盐沼生态系统对二氯苯的自然吸收通量特征

分别于生长季(2004年7月)和非生长季(2005年1月)在苏北海岸带盐沼沿环境梯度采用静态箱技术原位测定二氯苯通量。结果表明:研究区大气中二氯苯可能源于海水外源输入,海岸带盐沼植物和土壤对外源输入的二氯苯具有重要的吸收作用,盐沼土壤和植物根系对二氯苯的自然吸收强度大于盐沼植物地上部分,其强度具有显著的物种依赖性;海岸带盐沼对外源输入的二氯苯的自然吸收能力具有显著的季节差异性,这种季节差异性源于高等植物及其根际环境自然吸收能力以及对生态因子响应敏感性程度的季节差异;海岸带盐沼对外源输入的二氯苯自然吸收能力具有显著地空间异质性,这种空间异质性与盐沼生态系统对二氯苯自然吸收能力的物种依赖性有直接的关系。因此,盐沼植物是大气二氯苯自然吸收库的重要组成部分,并对其时空变化特征具有重要的影响。盐沼生态系统高等植物物种种类、生物活性以及影响生物活性生态因子的空间差异性是盐沼对二氯苯的自然吸收强度空间分布差异性的重要因素,即使在高等植物生物活性降低的非生长季,高等植物地上立枯的存在也能够对大气中二氯苯的自然吸收产生影响。