干旱胁迫对甘草光合特性与生物量分配的影响

 为了探讨干旱胁迫对甘草光合特性与生物量分配的影响，采用土壤干旱胁迫处理盆栽2 a生甘草实生苗，测定胁迫30 d的甘草叶片净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度等生理指标和胁迫60 d的地上地下各器官生物量。结果显示，在土壤相对含水量为50％的轻度干旱胁迫下，甘草叶片光合生理指标与根生物量变化不显著，在土壤相对含水量为35％的严重干旱胁迫下，甘草叶片净光合速率与蒸腾速率显著下降，胞间CO2浓度显著升高，气孔导度显著降低，各器官生物量显著下降。但随着干旱胁迫程度的加剧，甘草水分利用效率与气孔限制值能够保持相对的稳定，生物量分配更多地流向地下器官，地上器官生物量分配明显变少，根冠比增大。研究表明，甘草的光合特性与生物量分配格局对于干旱环境具有很强的适应能力，引起甘草叶片光合速率下降的主要原因是非气孔因素。另外，在土壤相对含水量35％以上的干旱胁迫下，不但不会影响人工种植药材的产量，而且可能会促进甘草酸在根中的合成积累，提高药材质量。     

古尔班通古特沙漠6种荒漠草本植物的生物量分配与相关生长关系

选取古尔班通古特沙漠6种优势草本（2种短命植物,2种类短命植物,2种一年生长营养期植物）,对比分析了生物量分配及相关生长关系的异同。结果表明：（1）粗柄独尾草（Eremurus inderiensis）和细叶鸦葱（Scorzonera pusilla）的地下生物量较高,根冠比分别为1.412、2.751;小花荆芥（Nepeta micrantha）、琉苞菊（Hyalea pulchella）和雾冰藜（Eremurus inderiensis）、角果藜（Scorzonera pusilla）的地下生物量均较小,根冠比无显著差异,分别为0.150,0.184,0.144,0.101;2种类短命植物具有相似的叶片生物量分配比例,但其余4种植物的叶片生物量分配比例均存在显著差异。（2）6种植物的根冠比随个体增大均呈异速减小,而叶片生物量分配比例与植株大小的关系不一致,表现为异速减少（如细叶鸦葱）或保持恒定（如粗柄独尾草）的趋势。（3）小花荆芥和琉苞菊的地下与地上生物量间为等速生长关系,而粗柄独尾草、细叶鸦葱、角果藜以及雾冰藜则呈现出个体越大地下生物量分配比例越少的格局（异速生长）;6种植物的地下与叶片生物量间均为等速生长关系,且具有共同的相关生长指数（1.035）。6种植物的根冠比和叶片生物量分配比例的差异不仅与物种自身的遗传特性有关,还受个体大小的影响;地下与地上生物量分配存在等速和异速生长的差异;叶片与地下生物量间具有相同的生物量分配速率,表现出对干旱荒漠环境的趋同适应。     

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。     

柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)、花棒(Hedysarum scoparium)叶片吸水潜力及影响因素

叶片吸水是干旱荒漠人工植被区植物利用小量级降水的主要方式,对缓解植物干旱胁迫具有重要的生态水文学意义。测定了腾格里沙漠人工固沙植被区1956、1964、1981年栽植的柠条(Caragana korshinskii)、油蒿(Artemisia ordosica)和花棒(Hedysarum scoparium)叶片单位面积吸水量(LWUC)、叶片含水量增加率(R_w)、叶片水分饱和亏(WSD)、比叶面积(SLA)和叶片干物质含量(LDMC),并分析了它们与叶片水势、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及浅层、深层土壤水分之间的关系。结果表明:柠条、油蒿、花棒的叶片均具有吸收水分的能力,吸水量油蒿花棒柠条,LWUC分别为0.249～1.879、0.429～10.009、0.051～4.955 mg·cm~(-2)。LWUC最适合表征植物吸水能力的性状,柠条的LWUC与R_w、LDMC极显著正相关(P0.01),与SLA显著正相关(P0.05);油蒿的LWUC与R_w、WSD极显著正相关(P0.01);花棒的LWUC与R_w、WSD极显著正相关(P0.01),与SLA显著负相关(P0.05)。柠条和油蒿的叶片单位面积吸水量主要受叶片水势的影响,而花棒则受叶片水势和WUE的共同影响,但在不同年代的人工植被区,浅层土壤水分均为主要影响因子。     

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。     

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。     

干旱对芦苇幼苗生长和叶绿素荧光的影响

盆栽试验研究了芦苇幼苗在不同土壤含水量条件下的形态结构、生物量动态、质膜透性、叶绿素含量和叶绿素荧光动力学参数.结果表明,芦苇幼苗高度、株高、基径、地上生物量随土壤含水量的减少而递减.芦苇幼苗通过个体变小、叶片数量和面积减少、生长速率减缓等适应性策略来降低蒸腾量,利用有限的可利用水分维持生命活动,达到了植物叶片水分含量与土壤可利用水分的平衡.不同强度干旱均使叶绿素含量降低,叶绿素a/b值随土壤含水量的降低而升高,减少了叶片对光能的捕获,降低光合机构遭受光氧化破坏的风险,是芦苇幼苗适应干旱的一种光保护调节机制.干旱还导致了芦苇叶片细胞膜脂过氧化,细胞质膜透性增加,重度干旱时细胞质膜透性达29.3%.PSII最大量子产量(Fv/Fm)、光化学荧光淬灭系数(qP)、PSII的非循环光合电子传递速率(ETR)下降,芦苇通过非光化学淬灭(qN)的上升保护PSII.     

沙坡头地区一年生植物的生理生态特性研究

对腾格里沙漠沙坡头地区一年生植物沙米(Agriophyllum squarrosum)、刺沙蓬(Salsola ruthenica)和虫实(Corispermum declinatum)光合作用日变化的研究结果表明,沙米的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈单峰型,其最高峰出现在11:00左右。刺沙蓬的光合速率、蒸腾速率和气孔导度均呈"双峰型",光合速率、蒸腾速率在9:00有一个峰值,而后在11:00有一个谷值,13:00至15:00出现一天中的最高峰值;而其气孔导度在早7:00是一天中的最高峰值,而后在13:00有一个谷值,其次高峰出现在15:00~ 17:00,与蒸腾作用的日变化表现出密切的相关性。虫实的光合速率只是在早7:00有一较小的高峰,其余时间基本维持在较低的水平,其蒸腾速率最高峰出现在11:00,气孔导度最高峰出现在9:00~ 11:00,15:00为一天中的最小值,17:00又有所回升,而后开始下降。就3种一年生植物比较而言,在早7:00时光合速率相差不大,随着气温的升高,虫实的光合速率逐渐下降,而沙米和刺沙蓬的光合速率逐渐增高,比虫实的光合速率提高了4~ 6倍。刺沙蓬出现了明显的蒸腾午休现象,这可能是由于刺沙蓬的叶为肉质叶,它对周围环境变化的反应更灵敏,其调控机制变得活跃了,利用蒸腾午休来降低植物水分散失的效率,保证叶片相对稳定的含水量。沙米和虫实的蒸腾速率变化不如刺沙蓬大, 且蒸腾速率的日变化仍表现为单峰型, 从这一点来说, 沙米和虫实对干旱环境的反应不如刺沙蓬敏感。     

毛乌素沙地油蒿群落演替的生理生态学机制

对毛乌素沙地稀疏阶段、建成阶段和衰老阶段的油蒿群落的野外观测实验结果表明,不同演替阶段的油蒿群落对环境的适应性和生理生态特性表现出明显的差异。随群落盖度的增加,0—20 cm土层中土壤含水量明显增加,而在20—80 cm范围内有所下降。与稀疏阶段和建成阶段的油蒿群落相比,衰老阶段的油蒿群落的平均净光合速率低,光饱合点低,光能及水分利用效率最低,并且日变化过程也表现出受到了明显环境胁迫。在不同的演替阶段,油蒿的气孔导度与植物水势均呈线性相关。随植物水势的降低,处于衰老阶段的油蒿气孔导度降低速率最快。结合气孔导度和水分循环的关系,还初步探讨了毛乌素沙地油蒿群落演替的主要驱动因子。     

土壤逐渐干旱对4种荒漠植物光合作用和海藻糖含量的影响

以腾格里沙漠东南缘4种优势植物红砂(Reaumuria soongorica Maxim)、珍珠(Salsola passerina Bge)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom)和油蒿(Artemisia ordosica Krasch)为对象,研究土壤逐渐干旱对叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、叶绿素荧光参数及海藻糖含量的影响。结果表明:土壤逐渐干旱过程中,4种植物的叶片相对含水量、净光合速率(Pn)、光系统II(PSⅡ)最大光化学量子产量(Fv/Fm) 、光系统II表观电子传递速率(ETR)、光化学淬灭(qP)都随干旱程度的加剧而下降;非光化学淬灭(qN)和海藻糖含量随干旱程度的增加而升高。4种植物对干旱过程的响应差异明显,随着土壤干旱的加剧,相对于其他三种植物,柠条具有更高的抗逆保护能力。相关分析表明,土壤含水量显著影响着4种植物的光合作用和海藻糖累积,海藻糖含量与光合作用存在相关性。     

沙丘先锋植物——沙蓬生长可塑性的研究

 无论是大尺度降水的分异还是小尺度土壤湿度的差异都影响植物的生长可塑性。比较科尔沁沙地和腾格里沙漠沙蓬的生长分异, 并用地统计学方法探讨了腾格里沙漠沙蓬生长可塑性的空间变化, 结果表明：科尔沁沙地和腾格里沙漠沙蓬的地上部生物量和地下部生物量都呈线性正相关关系, 地上部生物量和根长都呈对数递增关系;与科尔沁沙地相比, 腾格里沙漠沙蓬的根长增加20％, 根冠比大33.3％, 显然降水分异导致了地区间沙蓬的生长可塑性。地统计学方法进一步分析表明, 腾格里沙漠沙蓬植株因土壤湿度产生的空间异质性是地上部生物量小于根长但大于根重, 说明干旱逆境时沙蓬生长可塑性变化趋势的顺序依次是根长>地上部生物量>地下部生物量, 沙蓬这种生长可塑性特点是其对干旱生境的适应。     

土壤微生物结皮对两种一年生植物幼苗存活和生长的影响

在温室实验和野外调查中,分析了两种一年生草本植物小画眉草(Eragrostics poaeoides)和雾冰藜(Bassia dasyphylla)的幼苗在苔藓结皮、藻结皮和流沙上的存活和生长状况。两种植物的幼苗存活率均表现出在苔藓结皮上最高而在流沙基质中最低。两种植物幼苗存活率与土壤表层水分含量呈正相关关系。与小画眉草相比较,雾冰藜的幼苗在萌发后根生长较为迅速,在3种土壤类型中和干湿两种水分处理下,雾冰藜较小画眉草均具有较高的幼苗存活率。在干燥处理下,生长在有结皮土壤中的两种植物的植株干重大约是生长在无结皮土壤中植株的5倍。增加水分能降低植株幼苗的死亡率,促进植株生长;增加水分也能在一定程度上减弱因土壤基质差异对幼苗存活和幼苗生长的影响。因此,在自然状况下年降雨量的多少和分配状况的差异可能会影响这两种植物每年幼苗存活率和生长状况的差异,进而会影响到这两个种群在人工固沙区盖度和分布格局的差异性。     

Effect of exogenous application of salicylic acid on the drought stress responses of Gardenia jasminoides

The alleviative effects of exogenous salicylic acid(SA) on plants against drought stress were assessed in Gardenia jasminoides seedlings treated with different concentrations of SA.Drought stress was simulated to a moderate level by 15% polyethylene glycol(PEG) 6000 treatment.Seedlings exposed to 15% PEG for 14 days exhibited a decrease in aboveground and underground dry mass,seedling height,root length,relative water content,photosynthetic pigment content,net photosynthetic rate(Pn),transpiration rate(Tr),stomatal conductance(Gs),and water use efficiency.In PEG-stressed plants,the levels of proline,malondialdehyde(MDA),hydrogen peroxide(H_2O_2),and electrolyte leakage rose significantly,whereas antioxidative activity,including superoxide,peroxidase,and catalase activities,declined in leaves.However,the presence of SA provided an effective method of mitigating PEG-caused physiological stresses on G.jasminoides seedlings,which depended on SA levels.PEG-treated plants exposed to SA at 0.5–1.0 mmol/L significantly eased PEG-induced growth inhibition.Application of SA,especially at concentrations of 0.5–1.0 mmol/L,considerably improved photosynthetic pigments,photosynthesis,antioxidative activity,relative water content,and proline accumulation,and decreased MDA content,H_2O_2 content,and electrolyte leakage.By contrast,the positive effects were not evident,or even more severe,in PEG+SA4 treatment.Based on these physiological and biochemical data,a suitable concentration of SA,potential growth regulators,could be applied to enhance the drought tolerance of G.jasminoides.     

水分和沙埋对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响

通过室内试验研究了土壤水分和沙埋深度对4种沙生植物种子萌发和出苗的影响。结果表明:草本雾冰藜（Bassia dasyphylla）种子萌发和幼苗出土喜好水分,水分含量越高,种子发芽率越高;半灌木黑沙蒿（Artemisia ordosica）、灌木沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）和沙棘（Hippophae rhamnoides）种子在含水量为15%~20%的土壤中发芽率高,干旱或水分含量过高会导致种子发芽率降低。沙埋深度显著影响种子的萌发和出苗,雾冰藜种子在无沙埋时发芽率最高,黑沙蒿适宜沙埋深度为0.5 cm,沙冬青和沙棘适宜沙埋深度1.0 cm。     

塔克拉玛干沙漠南缘头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配对不同灌溉量的响应

水是荒漠生态系统中首要限制因子。由于水分限制程度不同,植物幼苗在生长过程中表现出不同的适应策略。在塔克拉玛干沙漠南缘的沙漠-绿洲过渡带,设计了0 mm（处理A）、100 mm（处理B）、200 mm（处理C）3种不同的灌溉量,对头状沙拐枣幼苗生长和生物量分配展开实验性研究。结果表明:①处理A比处理B和处理C地下生物量均有所增加;不同灌溉条件下,头状沙拐枣幼苗的根冠比均小于1,随灌溉量的减少头状沙拐枣幼苗的根冠比从0.19增加到0.32;即头状沙拐枣通过改变根系生物量分配适应水分条件变化。②随灌溉量的减少, 头状沙拐枣幼苗主根垂直深度和水平根幅均呈增加趋势。处理A时,头状沙拐枣幼苗根系深度达180 cm以上,处理B和C的根系深度均低于160 cm,表明头状沙拐枣幼苗通过根系的伸长生长来适应水分减少。③在生长过程中,头状沙拐枣通过老同化枝枯落适应土壤水分减少。④株高和冠幅随着灌溉量增加呈先增加后减小趋势,基径随着灌溉量的增加而增加,地上生长指标在不同处理间均无显著差异。     

几种甘草（Glycyrrhiza）光合特性、形态特征及生物量比较

采用TPS-2型光合测定仪对乌拉尔甘草（Glycyrrhiza uralensis）、胀果甘草（G.inflata）、刺果甘草（G.pallidiflora）、光果甘草（G.glabra）和黄甘草（G.eurycarpa）栽培植株上部叶片光合日变化特征进行研究,对光合色素、形态和生物量进行测定和分析,并比较上述指标的种间差异,为甘草栽培技术和综合利用模式提供科学依据。结果表明：（1）各种的叶片净光合速率、蒸腾速率、水分利用率和气孔导度日变化均呈“双峰”型,峰值分别出现于12：00和16：00,14：00存在明显的光合“午休”现象;叶片细胞间隙CO₂浓度日变化均呈“W”型,峰值分别出现于08：00、14：00和18：00,低谷出现于12：00和16：00;叶片温度日变化均呈“倒V”型,峰值出现于14：00,低值出现于08：00和18：00;且各种上述指标存在不同程度的差异性。（2）各种的叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量及叶绿素总量和叶绿素a含量/叶绿素b含量大小各不相同,其中叶绿素a含量存在种间显著差异。（3）各种的主茎分枝数、叶片数、主茎高、主根长、地上部分干重、地下部分干重及总生物量存在一定的差异性。（4）净光合速率日均值与气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率、叶面温度日均值和叶绿素a含量正相关,相关系数分别为0.984、0.977、0.927、0.909和0.933,与胞间CO₂浓度负相关,相关系数为-0.972。乌拉尔甘草具有较高的光合性能和经济产量,适于在该区大规模推广栽培;胀果甘草、光果甘草和刺果甘草总生物量较大,除地下部分药用外,应加强对其地上部分的开发利用;黄甘草光合性能、经济产量和总生物量均显著低于其他种,但地上部分鲜嫩,建议对其加强畜牧业方面的开发利用。     

Growth and Physiological Response of Organs of Phragmites australis to Different Water Compensation in Degraded Wetlands

To study the effect of different water compensation on growth and physiology of reed in degraded wetlands,three water treatments in the field were conducted to test the height and photosynthesis of reed,the ions and soluble sugar contents of different organs.In the controls(without extra water compensation for 10 years),the height of reed was only 50 cm,the net photosynthetic rate,stomatal conductance,the intercellular CO2 concentration and transpiration rate were very low.The contents of Na + and Clin rhizome were higher than those in other organs.Discontinuous water compensation(continuous for 8 years,then stopped for 2 years)increased the height(2.1-fold),the net photosynthetic rate(41.8%),stomatal conductance(1.8-fold),transpiration rate(1.3-fold)of reed(Phragmites australis),and decreased the content of Na + (62.3%)and Cl- (71.1%)of rhizome significantly.Continuous water compensation(continuous for 10 years)increased the height(3.2-fold),the net photosynthetic rate(104%),stomatal conductance(2.4-fold),transpiration rate(1.5-fold)of reed,and decreased Na + (82.5%)and Cl - (64.7%)contents in rhizome, then accumulated the K+ ,H2PO4-,SO42- and soluble sugar contents significantly in rhizome.Interrupting water compensation led to the decrease of height(25.3%),the net photosynthetic rate(30.7%),stomatal conductance(17.3%) and increase of Na + (1.16-fold)in rhizome when comparing to the continuous water compensation.These results showed that recovering the degraded reed wetlands needed continuous water compensation yearly to promote reed growth.The organs of reed had corresponding physiological response characteristic to the different water compensation condition.Under long-time dry and waterlogging condition,the rhizomes both helped reed to adapt located environment,by enriching the ions such as Na+ ,Cl- ,and K+ ,H2PO4-,SO42- ,respectively.     

Plant–water relationships and growth strategies of Jatropha curcas L. seedlings under different levels of drought stress

Although Jatropha curcas, an important tropical biofuel crop, is reputed for its drought resistance, its ability to perform under dry conditions has hardly been investigated. In a greenhouse experiment we investigated the plant–water relationships of Jatropha seedlings from different accessions under different levels of drought stress. There was little difference in plant–water relations between accessions. Drought significantly reduced leaf area, biomass and relative growth rate, but had no effect on specific leaf area, daily range in leaf water potential, leaf water content, transpiration efficiency or aboveground biomass water productivity, corrected for atmospheric conditions. Stem wood density was equally low (0.26 g cm^?3) for all treatments. Stem water content was lowest for dry treatment seedlings. Based on these results, Jatropha could be characterized as a stem-succulent tree. In contrast to other stem-succulent deciduous trees, leaves were not shed immediately after the seedlings were confronted with drought. Instead, at the onset of drought, leaves with a higher adaxial stomatal density were formed, after which leaves were only gradually shed. The role of the succulent stem in the water economy of Jatropha was confined to balancing the small water losses of the leaves during drought.     

3种藜科植物叶特性因子对土壤养分、水分及种群密度的响应

 以科尔沁沙地3种主要的藜科植物为实验材料,通过控制土壤养分、土壤水分以及种群密度,研究植物比叶面积（SLA）和叶干物质含量（LDMC）对土壤养分、土壤水分和种群密度及三者交互作用的响应。结果表明：养分和水分对这3种植物的SLA和LDMC的影响均为显著,其中养分为最大的变异源。3种藜科植物的SLA和LDMC对密度处理响应均为不显著。交互作用对3种藜科植物SLA和LDMC的影响则要弱于单因素（密度、水分）处理;养分的增加导致沙蓬、大果虫实的SLA增大,LDMC减小;水分对SLA、LDMC的影响和养分相似;尖头叶藜的响应方式与沙蓬、大果虫实相异,随养分的增加其SLA有减小的趋势,LDMC反而有增大的趋势; 土壤养分、水分的改变对尖头叶藜SLA和LDMC的影响较弱。