胡杨(Populus euphratica)叶片结构与功能关系北大核心CSCD

叶片形态特征与功能性状可以反映植物采取的协同或权衡策略。测定了塔里木河下游不同地下水埋深下荒漠河岸林建群种胡杨(Populus euphratica)的叶片解剖结构、叶片水力导度、叶片δ13 C值,探讨了胡杨结构性状指标和功能指标对地下水埋深的响应,叶片水力传输能力与叶片解剖结构变化趋势,以及叶片水力参数、解剖结构与水分利用效率的相关关系。结果表明:(1)胡杨叶片结构指标(叶片厚度、表皮厚度、栅栏组织厚度、气孔参数、叶脉密度、主脉导管直径)、功能指标(叶片最大水力导度、水分利用效率、比叶质量)在地下水埋深最深处与地下水埋深最浅处差异显著;(2)不同地下水埋深下胡杨水分传输能力变化有解剖结构基础,叶片水分传输能力与水分散失能力存在协同关系;(3)胡杨叶片水分利用效率与叶片解剖结构指标(叶片厚度、栅栏组织厚度、表皮厚度、气孔长度、气孔宽度、气孔密度)具有相关关系;(4)胡杨叶片水分传输与叶片碳投资具有协同关系。     

地下水埋深对胡杨(Populus euphratica)叶片形态结构和水力导度的影响

植物光合器官形态解剖结构对叶片水力导度(Kleaf)有一定指示作用。对塔里木河下游4个地下水埋深下胡杨(Populus euphratica)叶片形态解剖结构和叶片最大水力导度(Kleaf-max)分析结果显示:(1)胡杨叶片具有明显的旱生结构特点。叶片较厚,等叶面,复表皮,栅栏组织发达,排列紧密,叶肉细胞中含有两种结晶体——棱晶和簇晶,叶脉密集,气孔下陷。(2)随着地下水埋深的增大,胡杨叶片厚度(LT)、表层厚度(ET)、栅栏组织厚度(PT)、栅海比(栅栏组织厚度/海绵组织厚度,PT/ST)、叶脉密度(LVD)、主脉导管直径(MVD)、气孔密度(SD)、Kleaf-max都出现显著增加趋势,气孔面积(SA)则呈显著减小趋势,表明胡杨叶片在受到水分胁迫下通过改变形态解剖结构和水分传输效率来适应干旱。(3)胡杨叶片Kleaf-max值与LT、ET、PT、PT/ST、LVD、MVD、SD有着极显著的正相关关系(P0.01),与SA存在极显著的负相关关系(P0.01),这表明胡杨叶片具有的形态解剖结构特征,是其叶片水力传导能力变化的基础。     

塔里木河下游胡杨气体交换特性及其环境解释

结合塔里木河下游不同地下水埋深下胡杨的气体交换参数及其环境因子的实测结果,探讨地下水位及环境因子对胡杨光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、水分利用效率(WUE)等气体交换参数的影响规律。研究表明:随着地下水位下降,胡杨净光合速率和蒸腾速率日变化最大值提前,地下水埋深越深,净光合速率“双峰”曲线趋势越明显,地下水位4.37 m以上时,蒸腾速率呈“双峰”曲线,当地下水位下降到5.91 m时,蒸腾速率呈“单峰”曲线;低地下水埋深下,光合作用受抑制的主要原因是气孔限制;随着地下水位下降,光合抑制的主要原因则是非气孔限制;适度水分胁迫有利于提高胡杨水分利用效率\.同时,结果显示: 4 m为胡杨的合理生态水位,地下水位为4~5 m时,胡杨受到轻度水分胁迫,低于6 m,胡杨受水分胁迫加剧。     

地下水埋深对胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)气孔响应水汽压亏缺敏感度的影响

通过调节LI-6400光合测定系统叶室内相对湿度,测定了高地下水埋深和无地下水条件下胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)叶片气孔导度(Gs)对水汽压亏缺(LVPD)变化的响应,并线性拟合得到Gs对LVPD响应的敏感度。结果表明:高地下水埋深条件下,胡杨Gs对LVPD的敏感度显著高于柽柳(P0.05),无地下水条件下两物种Gs对LVPD的敏感度差异不显著(P0.05);高地下水埋深条件下胡杨Gs对LVPD的敏感度高于无地下水条件(P0.05),柽柳则差异不显著(P0.05)。胡杨高地下水埋深条件下较高的气孔敏感度说明该物种在有利水分条件下水分利用偏于保守。无地下水条件下柽柳气孔敏感度基本不变,Gs下降幅度较小,而胡杨气孔敏感度与Gs均大幅度下降,两物种净光合速率(Pn)呈现相应变化,表明胡杨Pn更容易受环境水分亏缺的约束,在植物-水分关系层面柽柳表现出对水分条件多变、大气蒸腾压力高的荒漠河岸生境更优的适应能力。     

胡杨(Populus euphratica)对干旱胁迫的生态适应

以两年生胡杨幼苗为试材,采用盆栽实验,比较胡杨(Populus euphratica)在干旱胁迫下的生态适应性。结果表明:在植物整体方面,随着干旱程度的增加,胡杨枝条和叶片的导水能力均增加,通过增加导水率形成了在干旱环境下对水分的有效吸收和传输。同时,胡杨在干旱胁迫下增加水力利用效率\,维持体内的水分利用能力。在细胞层面,胡杨通过积累生物酶和脯氨酸维持渗透平衡,其中脯氨酸起到持续性的保护作用。胡杨通过叶片厚度及栅栏组织厚度的增加形成了对干旱具有适应性的储水和保水结构,达到了对水分的有效保持。在干旱胁迫时,胡杨从微观到宏观进行了一系列的调整,形成了对水分的有效吸收及传输、保持和利用的适应体系。对胡杨干旱适应性的研究对黑河下游生态系统的恢复和重建具有重要意义。     

干旱环境下高温对胡杨光合作用的影响

在塔里木河下游3个地下水埋深（4.64 m,6.15 m,7.02 m）环境下,利用LI-6400便携式光合作用测定仪测定了胡杨叶片在适宜温度（27 ℃）和高温（39 ℃）下的净光合速率（Pn）、气孔导度(gs)、蒸腾速率（E）及胞间CO2浓度（Ci）,比较了不同地下水埋深下胡杨光合作用对高温的响应。结果表明：在3个地下水埋深下高温都使得光合速率和气孔导度明显减少,并且在地下水埋深（7.02 m）较深处,高温使得光合速率和气孔导度的下降幅度也最大,这都说明干旱胁迫加强了高温对胡杨光合作用的负面效应。然而,在同一地下水埋深下,由于高温的影响,胡杨叶片的胞间CO2浓度并未随着净光合速率和气孔导度的下降而减少,其原因很可能是气孔发生了不均匀关闭。而叶片的蒸腾速率和饱和水汽压由于高温作用的影响都明显增加,并且在地下水埋深7.02 m处,高温引起蒸腾速率的增加幅度是最小的,这表明了气孔对干旱高温胁迫下胡杨的光合作用具有一定调节作用。     

极端干旱区胡杨生长季水分利用效率变化特征研究

 在干旱区的极端环境,植物能否适应当地的极限环境条件,最主要的是看它们能否很好地协调碳同化和水分耗散之间的关系,也就是说植物水分利用效率是其生存的关键因子之一。 就生长季胡杨叶片稳定碳同位素组成(δ13C)、胡杨叶片水分利用效率及其影响因素进行了研究。结果表明,生长季胡杨叶片δ13C值在-28.16‰±0.23‰～-26.82‰±0.22‰间变化,平均值为-27.70‰±0.13‰。胡杨各月水分利用效率在84.81±2.23～(70.97±2.40)μmolCO2·mmol-1H2O间变化,平均值为(75.69±1.31)μmolCO2·mmol-1H2O;胡杨水分利用效率变化趋势是逐渐降低。最高值出现在5月,而后不断降低,7月达到最低值。造成这种变化的原因是叶片营养物亏缺导致的叶片光合速率的减小和气温升高、土壤含水量减小以及地下水埋深加深共同导致的气孔导度的变化。     

塔里木河下游胡杨水分传输过程研究综述

胡杨是世界重要的林木基因资源,且具有重要的生态功能。以塔里木河下游为研究靶区,结合实地监测资料和文献阅读,对胡杨水分获取、传导和耗散等水分传输过程方面进行了综述和分析。成年胡杨主要利用地下水和深层土壤水,而幼苗由于类型和立地水土环境的不同,水分来源也不同。干旱环境下,胡杨叶片水分传输效率增加,但同时也伴随着水力失调风险的增加;成年胡杨通过下调木质部导水率减少水分蒸腾,而幼苗则通过提高导水能力以获取更多的水分。胡杨根系具有水力提升作用,提升的水量一般可为其蒸腾提供10%～39%的水量。胡杨液流通量密度一般在0.005～0.040 L·cm-2·h-1之间,且随着地下水埋深的增加而减小,胡杨林的年蒸散发量在296.7～750.0 mm之间。未来可加强胡杨根-茎-叶间水分传输互作机理的研究,进一步精确量化胡杨水分来源,将估算蒸散发的尺度扩展到胡杨林生态系统。     

新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus)和蒙古沙冬青(A. monglicus)叶片解剖特征及抗旱性

以新疆沙冬青(Ammopiptanthus nanus)幼苗叶片、蒙古沙冬青(A.monglicus)幼苗及成年叶片为研究对象,采用石蜡切片法将叶片解剖并固定,再用光学显微观察法对其抗旱性结构分析比较,旨在探讨沙冬青属植物叶片在干旱环境的生态适应机制。采用方差分析法对各指标的差异性进行比较分析,通过Pearson's相关系数法分析各指标间相关关系。结果表明:(1)新疆沙冬青与蒙古沙冬青幼苗叶片厚度无显著差异;新疆沙冬青幼苗叶片的角质层厚度及上、下表皮厚度及栅栏组织厚度均显著大于蒙古沙冬青幼苗;新疆沙冬青幼苗叶片的海绵组织厚度和主脉直径均显著小于蒙古沙冬青。蒙古沙冬青成年植株叶片厚度、角质层厚度、栅栏组织厚度及主脉直径均显著大于幼苗,上、下表皮厚度及海绵组织厚度均小于幼苗。(2)沙冬青属植物叶片栅栏组织厚度与叶片厚度显著正相关;下表皮厚度、角质层厚度、海绵组织厚度与叶片厚度相关性不显著。为了更好适应分布区环境,新疆沙冬青叶片比蒙古沙冬青具有更强的抗旱性,蒙古沙冬青成年植株叶片的抗旱性优于幼苗。沙冬青属植物叶片的加厚主要通过栅栏组织的加厚实现。     

基于叶片微形态结构评价10种锦鸡儿属(Caragana)植物的抗旱特征

以中国西北荒漠地区的10种锦鸡儿属(Caragana)植物的叶片为对象,通过光学显微镜和扫描电子显微镜的观察,选择叶片厚度、气孔密度、绒毛盖度、角质层厚度等10项叶片结构指标对叶肉细胞解剖结构和表皮微形态结构进行了研究,探究10种锦鸡儿对干旱环境的适应特征,并用层次聚类分析法进行分类和模糊数学隶属函数值法进行抗旱性综合评价。结果表明:10种锦鸡儿在长期适应各自生境的过程中,叶片表面微形态结构和叶肉细胞结构均表现出明显的适应特征。10种锦鸡儿属植物的叶片形态结构适应特征聚为3类,第1类主要特征是气孔、叶片厚度和表皮细胞厚度大,绒毛盖度和叶片组织结构紧密度小;第2类是绒毛盖度较大,栅栏组织厚度和叶片组织结构紧密度小;第3类是栅栏组织厚度和叶片组织结构紧密度大,气孔、角质层厚度、叶片厚度和表皮细胞厚度小。根据隶属函数值,10种锦鸡儿属植物的抗旱性由大到小排列的顺序为卷叶锦鸡儿>荒漠锦鸡儿>短脚锦鸡儿>狭叶锦鸡儿>柠条锦鸡儿>小叶锦鸡儿>中间锦鸡儿>红花锦鸡儿>鬼箭锦鸡儿>刺叶锦鸡儿。     

香菇草匍匐茎及叶结构对不同水湿生境的生态适应性

香菇草Hydrocotylevulgaris原产北美和欧洲,作为水景植物引入我国并在长江以南地区广泛应用,目前局部地区已出现入侵态势。为探讨香菇草的入侵机制,设置水生、湿生、旱生水分梯度,采用形态解剖学方法研究了香菇草匍匐茎、叶解剖结构对水分变化的适应。结果表明:随着生境水分含量的降低,香菇草叶片表皮气孔缩小,气孔指数增加,上、下表皮细胞厚度和栅栏组织厚度增加,海绵组织和叶片厚度减小,不同生境下香菇草叶可塑性指数强弱依次为:水生型旱生型湿生型。匍匐茎直径、髓直径和薄壁组织厚度随着水分含量的降低先增大后减小,气孔长度减小,维管束和导管数量逐渐增加,匍匐茎可塑性指数强弱依次为:水生型湿生型旱生型。3种生境下香菇草匍匐茎和叶可塑性指数总平均值大小排序为:水生型旱生型湿生型。香菇草匍匐茎和叶片的解剖结构变化显示其对水生及干旱环境具有良好的适应性,其结构变化趋势取决于环境的水分条件。     

塔里木河上游胡杨(Populus euphratica、柽柳(Tamarix ramosissima)水分来源的稳定同位素示踪

通过分析塔里木河上游胡杨(Populus euphratica)、柽柳(Tamarix ramosissima)茎干水和各潜在水源(河水、土壤水、地下水)的δD、δ~(18)O同位素组成,应用多水源混合模型(IsoSource模型)研究了胡杨、柽柳的水分来源和对各潜在水源的利用比例。结果表明:0~100cm土壤水受蒸发影响大,土壤水δ~(18)O值偏大;100~300cm土壤水和地下水δ~(18)O值偏小且各点不存在显著差异。柽柳茎干水的δ~(18)O值小于胡杨,且均随河岸距离增加而减小;在河岸,胡杨最多能利用14.2%的河水,柽柳对河水的利用比例最大达到35.3%,二者对浅层0~100cm土壤水的利用比例较高;远离河岸,胡杨主要利用大于120cm的土壤水和地下水,对地下水的利用比例40%~50%,柽柳以地下水作为其主要水源,最大利用比例达到94.5%。胡杨生长需要适宜的地下水埋深条件(350~420cm),柽柳在浅地下水埋深和大于450cm的深地下水埋深条件下均能良好生长,对不同水分条件的适应能力优于胡杨。     

胡杨(Populus euphratica)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)对荒漠环境的适应性比较

分析了在自然生长条件下两种阔叶沙生植物胡杨(Populus euphratica)和沙枣(Elaeagnus angustifolia)的蒸腾和光合作用的日变化与环境因子的关系。结果表明:(1)胡杨的蒸腾作用和光合作用的日变化趋势接近,但蒸腾作用在时间上比光合作用有约2h的滞后;胡杨的蒸腾作用与温度和大气的水势正相关;随着温度和光照强度的升高,胡杨维持高水平的蒸腾作用和光合作用,没有表现出对水分利用的调节或节约能力;胡杨的光合作用与光强正相关,接近于线性关系,表明胡杨是典型的喜光植物,在自然的强光条件下没有出现光抑制现象;(2)沙枣的蒸腾和光合作用的日变化趋势几乎一致,表明沙枣的光合作用大小主要取决于气孔开度和气体交换量;在温度和光照强度维持在高水平的条件下,沙枣的光合作用和蒸腾作用逐渐下降,说明沙枣在水分胁迫加重时具有较强的气孔调节和节约水分的能力;与胡杨不同,沙枣午后的蒸腾和光合作用都出现了连续波动,可能是由于气孔震荡的作用;(3)从生态适应性上来说,胡杨可能通过高速蒸腾避免辐射造成的高温胁迫,并维持一个较高的光合作用水平,在有水分供应条件下,胡杨具有较高的初级生产力,但缺乏水分利用调节能力,是高耗水植物;而沙枣则通过叶片表面完全覆盖的星状鳞片反射高强度的光照避免高温伤害,同时通过气孔调节蒸腾减少水分散失,是阔叶树中相对节水的植物。     

不同林龄柠条(Caragana korshinskii)的光合特性和水分利用特征

柠条(Caragana korshinskii)是宁夏沙坡头地区的主要固沙灌木,建植初期表现出较强适应性,但随着年龄增长和土壤水分耗竭,开始出现衰退。为探明灌木年龄与其退化的关系,野外原位测定了不同林龄(3、13、25龄)柠条的叶水势、叶相对含水量、叶表观导水率、净光合速率及水分利用效率,分析了其光合特性与叶水势的关系。结果表明:(1)不同林龄柠条的光合能力和水分利用效率差异显著,中龄、幼龄的光合能力高于老龄,而水分利用效率低于老龄;(2)净光合速率、气孔导度与叶水势的非线性关系,反映出不同林龄柠条采取不同策略应对干旱胁迫,幼龄柠条通过快速关闭气孔来减少水分散失,而中龄和老龄柠条通过调整水分利用策略来应对干旱。老龄柠条通过提高水分利用效率来使水分利用最大化,但其植物水势和光合的降低可能导致生长减缓和衰退。     

青海柴达木地区野生胡杨叶的形态解剖学研究

采用常规石蜡切片法,对青海柴达木地区野生胡杨叶的形态和解剖结构进行了观察和分析,探讨野生胡杨在解剖学方面适应干旱的机理。结果表明,该地区的野生胡杨叶具有明显的旱生结构特点。具体表现为:叶片厚,不等面叶;上下均由两层细胞构成复表皮,具有较厚的表皮细胞外壁与角质层;气孔下陷;具有不整齐的维管束鞘细胞,主脉韧皮纤维发达,含较多的粘液细胞;栅栏组织发达,细胞小,排列紧密;叶肉细胞含有两种结晶体——棱晶和簇晶。     

不同地下水埋深下骆驼刺幼苗叶片生理参数光响应特性

为探讨地下水位变化对骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)幼苗生长发育的影响,2008年9月在塔克拉玛干沙漠南缘绿洲外围,利用Li-6400光合作用仪测定了人工控制1,1.5,2.0,2.5 m地下水埋深下骆驼刺幼苗叶片净光合速率(Pn),蒸腾速率(Tr),水分利用效率(WUE)等生理参数对有效光辐...     

内蒙古6种沙生柳树叶片解剖结构的抗旱性分析

利用常规石蜡切片、光学显微镜观察的方法,对内蒙古地区6种沙生柳树叶片的解剖结构进行比较分析。结果表明,6种柳树的叶片结构具有相似性,均为全栅型的等面叶,表皮均具有角质层,主脉为双韧维管束,栅栏组织发达,5～6层。差异表现在角质层和表皮厚度、主脉和叶片厚度、栅栏组织的厚度等方面。应用SAS和SPSS软件进行分析,根据几种柳树叶片的结构特征,得出抗旱性大小顺序依次为：黄柳、砂杞柳、沙柳、乌柳、筐柳、小红柳。     

塔里木河下游优势草本植物与地下水埋深的关系

对塔里木河下游区域的草本群落进行了调查,获取了其分布状况和群落特征资料,并记录相应的地下水埋深,探讨了区域内距离河流不同处地下水埋深与草本群落特征之间的关系。结果表明:(1)地下水埋深越大,草本群落的生物多样性越小,覆盖度越低,生态结构趋于简单,其中地下水埋深<6 m处草本群落的种类组成和物种多样性相对较高,>7 m处草本植物分布很少,部分地区也受到微地形和地下水埋深的双重影响;(2)在大尺度空间上,草本群落随地下水的分布特点与其他荒漠地区的分布规律基本一致,随着地下水埋深的增加,草本群落的演替次序为:高水位芦苇(Phragmites communis)群落、中水位鹿角草(Glossogyne tenuifolia)群落、中低水位骆驼刺(Alhagi sparsif)群落,不同地下水埋深对应的草本群落之间具有一定的差异性、相似性和连续性;(3)塔里木河下游优势草本物种的生态位宽度均不大,主要是受水环境条件的限制,芦苇与骆驼刺的生态位宽度相对较大,在区域内分布较广。     

极端干旱条件下胡杨叶片气孔导度模拟

植物叶片气孔是控制水分和CO_2出入通道,是植物水分蒸腾和气体交换门户。在对气孔的环境响应机理认识不足时,模拟成为最有效和适宜的工具而受到广泛关注。基于Li-COR 6400便携式光合作用测定系统,采集了2014年6~9月额济纳绿洲荒漠河岸胡杨林生长季内实测叶片气孔导度数据,运用学术界广泛用于估算气孔导度对环境因子响应的两个模型:Jarvis模型和BWB模型,分别对胡杨叶片的气孔导度进行了模拟,并将模拟结果与实测数据进行比较。研究结果发现:由Jarvis模型模拟的气孔导度值其均方根误差、相对误差和平均绝对误差(0.047、0.011、0.002)均小于BWB模型各值(0.075、0.447、0.061),而决定系数Jarvis模型(0.665)大于BWB模型(0.365)。说明对于极端干旱条件下的中幼龄胡杨林,Jarvis模型的模拟精度较高,由其模拟的叶片气孔导度值更接近基于Li-COR 6400便携式光合作用系统测定的真实值。分析其原因在于:在干旱半干旱气候条件下,土壤含水量和气温决定了植物气孔的开闭,进而限制了CO_2的同化速率,这与BWB模型的构建前提不一致。     

乌梁素海野生芦苇光合和蒸腾特性研究

芦苇(Phragmitesaustralis)是草型浅水湖泊最常见的湿地植物。本文选取生物量不同的两块样地对成熟期乌梁素海野生芦苇叶片光合和蒸腾速率进行测定。研究表明,(1)生物量较高样地的饱和净光合速率和光量子利用效率分别为27.46μmol·s-1·m-2和0.052,高于生物量较低样地的23.94μmol·s-1·m-2和0.041;(2)光合有效辐射是决定芦苇叶片瞬时光合速率的首要因素,而叶片的蒸腾速率主要取决于大气温度和光合有效辐射;(3)叶片的光合速率和蒸腾速率与气孔导度呈显著正相关关系。并且蒸腾速率和气孔导度的相关性更强;(4)芦苇的光合速率和蒸腾速率都高于附近的草原植物。