我国北方春季土温回升慢,常使苹果根系遭受亚低温胁迫.糖在根系响应低温胁迫过程中充当着营养成分和信号分子的双重功能.为探究不同外源糖对根区亚低温下山定子生长和养分吸收的影响,本试验设置对照(CK)、根区亚低温(L)、根区亚低温+蔗糖(LS)、根区亚低温+果糖(LF)和根区亚低温+葡萄糖(LG)5个处理,分析了山定子幼苗生长参数、叶片光合特性和不同组织矿质元素含量.结果表明:与CK相比,L处理后山定子株高、根系生长参数、地上部生物量、叶片光合和荧光参数及叶绿素含量均显著降低;除根系钙(Ca)含量显著升高外,山定子幼苗中的氮(N)、磷(P)、钾(K)、钙(Ca)和镁(Mg)含量均显著降低.与L处理相比,外源蔗糖、果糖和葡萄糖处理后,山定子叶片光合和荧光参数、叶绿素含量、生长参数均不同程度升高;根中N和P含量显著增加;茎中N、P和K含量显著增加,茎中Ca含量只在蔗糖处理后显著增加;叶中N、P、K、Ca和Mg含量均显著增加.综上,根区亚低温下外源糖处理可提高山定子叶片光合效率,促进矿质元素吸收,进而缓解根区亚低温对植株生长发育的抑制,且蔗糖处理效果好于果糖和葡萄糖处理.

氮素是影响玉米生长发育、产量和籽粒品质形成所必需的营养元素.为挖掘早期发育的玉米胚乳响应低氮胁迫的关键基因,揭示玉米胚乳抵御低氮胁迫的生理响应及分子机制,本研究在低氮和足氮处理下,对授粉后第6天的自交系B73玉米胚乳进行氨基酸含量、氨基酸衍生物含量分析和转录组测序.生理测定表明,低氮胁迫下,玉米胚乳中10种氨基酸或氨基酸衍生物含量升高,其中苏氨酸、β-氨基异丁酸、组氨酸、β-丙氨酸、赖氨酸含量升高程度最大,其升高范围介于71.1％～153.1％;而其余21种氨基酸或氨基酸衍生物含量降低,其中鸟氨酸、胱氨酸、天冬酰胺、苯丙氨酸、α-氨基丁酸含量下降程度最大,其下降程度范围介于51.6％～65.8％.转录组测序结果表明,与足氮处理相比,低氮胁迫下玉米胚乳中鉴定到3185个显著上调和2612个显著下调的差异表达基因.进一步检测到参与氮代谢途径和氰基氨基酸代谢途径的差异表达基因分别为12和9个,AP2/ERF-ERF、bZIP、WRKY差异表达转录因子家族成员分别为20、10和21个.这些候选基因可能是玉米胚乳抵御低氮胁迫响应的重要基因资源,其为玉米胚乳应答低氮胁迫的分子机制及耐低氮玉米新品种培育奠定基础.

非结构性碳水化合物(NSCs)包括淀粉和可溶性糖,两者之间的相互转化可以增强植物对环境胁迫的抵抗力.热带雨林在陆地生态系统碳库和缓解气候变化中占有重要地位,同时也是大气氮磷沉降的热点区域.目前,热带雨林原始林和次生林优势植物叶片NSCs对长期氮磷输入的响应尚不清楚.该研究基于海南尖峰岭原始林和次生林10年的氮磷添加实验,探究长期氮磷输入对两种森林各8个物种叶片NSCs的影响,并分析叶片性状、光合作用参数和土壤养分含量与NSCs的关系.研究结果表明,次生林优势植物叶片相对于原始林优势植物叶片有更高的可溶性糖和NSCs含量.低氮添加显著降低了原始林优势植物叶片淀粉的含量,磷添加显著增加了原始林优势植物叶片可溶性糖的含量,氮磷同时添加提高了原始林优势植物可溶性糖与淀粉的比值,而氮磷添加对次生林优势植物叶片NSCs含量均无显著影响.两种森林8个物种的叶片NSCs含量均与叶片pH和比叶面积负相关,而与叶片碳含量、光合速率和光合氮利用效率正相关.次生林土壤有效氮含量、总磷含量与叶片NSCs含量显著正相关.上述结果表明热带雨林优势植物叶片NSCs受到叶片性状和土壤养分的综合影响.该研究从叶片碳经济角度揭示了原始林优势植物相对于次生林优势植物对大气氮磷沉降的响应更敏感,并呼吁加强对热带原始雨林的保护.

河湖岸带是拦截净化氮磷等陆源污染物进入河湖水体的最后屏障,河湖岸带草本植物的稳定性影响着其对污染物的拦截净化能力,研究河湖岸带草本植物生态化学计量学及内稳性,可为河湖岸带草本植物群落恢复和构建提供基础数据.通过对中国河湖岸带草本植物地上部氮(N)、磷(P)含量及土壤或沉积物、水体进行数据收集,分析了植物氮磷化学计量学和内稳性特征及其与环境因子的关系.结果表明:青藏高原湖区草本植物具有较高的 N 含量(湿生植物:20.51 g·kg-1,水生植物:29.81 g·kg-1)和较低的P含量(湿生植物:1.39 g·kg-1,水生植物:0.99 g·kg-1),N:P>14,表现为P限制,而其他湖区草本植物具有较高的P含量(2.73 g·kg-1),N:P<14,表现为N限制.各湖区植物N、P含量及其比值在空间上具有一定差异,青藏高原湖区水生植物 N 含量最高,东北平原与山地湖区最低(P<0.05);东北平原与山地湖区湿生和水生植物 P 含量最高(P<0.05);青藏高原湖区湿生和水生植物 N:P 最高,东北平原与山地湖区最低(P<0.05).植物N、P含量及N:P受环境中P含量影响最大,其次是环境中N:P和N含量.内稳性模型表明河湖岸带草本植物属于稳态型,其中湿生植物内稳性指数HN、HP及HN:P大于水生植物,表明水生植物受环境胁迫时响应较大,水生和湿生植物对环境中N、P含量变化响应的差异表明水生和湿生植物对环境中N、P不同的保守利用策略.

喀斯特地区土壤中的硝态氮占主导地位,但土壤中的硝态氮含量存在时间和空间上的异质性.因此,种植在喀斯特地区的桑树幼苗可能会遭受低氮胁迫.为了给种植在喀斯特地区的桑树幼苗提供科学的无机氮管理,该研究以桑树幼苗为材料,采用水培试验,以改进的霍格兰(Hoagland)营养液为培养基质,以815N值为22.35‰的硝酸钠提供唯一氮源,设置3个硝态氮浓度梯度(0.5、2.0、8.0 mmol·L-1),测定桑树幼苗的光合特征以及叶、茎和根的干重、碳含量、氮含量和815N值,分析不同供氮水平下桑树幼苗的生理响应,通过整个植株尺度的稳定氮同位素分馏值评估桑树幼苗的氮需求与氮供应的关系,通过植株的氮积累量与碳积累量研究碳氮耦合关系.结果表明:(1)当硝态氮浓度在0.5、2.0 mmol·L-1时,增加硝态氮的浓度能显著提高桑树幼苗的叶绿素含量和净光合速率,进而显著促进生物量的积累.然而,当硝态氮浓度超过2.0 mmol·L-1时,更多的硝态氮供应(8.0 mmol·L-1)并没有带来叶绿素含量、净光合速率和生物量的显著增加.(2)增加硝态氮的供应量能促进桑树幼苗的氮同化,桑树幼苗的氮积累量随着硝态氮供应量的增加而逐渐增加,然而,桑树幼苗的碳积累量在硝态氮浓度为2.0 mmol·L-1和8.0 mmol·L-1时无明显变化.(3)桑树幼苗的硝态氮同化产物的稳定氮同位素分馏值在硝态氮浓度为2.0 mmol·L-1时达到最小.综上所述,硝态氮浓度为2.0 mmol·L-1时的无机氮供应量接近桑树幼苗的无机氮需求量,外部氮供应量与植株氮需求量接近平衡意味着植物体内的碳氮代谢能够有效协调,进而实现了碳氮同化产物的同步增长.

为探讨植物种类对人工湿地中根际细菌群落结构特征分布的影响,以 7 种木本植物细叶水团花(Adina rubella)、南川柳(Salix rosthornii)、白棠子(Callicarpa dichotoma)、夹竹桃(Nerium oleander)、木芙蓉(Hibiscus mutabilis)、水蜡(Ligustrum obtusifolium)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)为研究对象,运用 16S rRNA细菌高通量测序技术,探究垂直流人工湿地木本植物根际微生物群落结构及其主要功能类群.结果表明:细叶水团花、水蜡根际菌群的多样性、丰富度与均匀度均高于其他 5 种植物,其根系能够更好地富集微生物.门水平上,变形菌门、厚壁菌门是木本植物平均相对丰度较高的门,其次为绿弯菌门、放线菌门和蓝藻门;属水平上,乳杆菌属、片球菌属、地杆菌属为木本植物的共有优势菌属;大叶女贞、白棠子、夹竹桃菌落组成差异显著,乳杆菌属、片球菌属、乳球菌属是引起 7 种木本植物样本间菌落差异的关键物种;7 种木本植物根际硝化功能菌属丰度普遍较低,相对丰度范围为 0.11%—1.06%;反硝化功能菌属的相对丰度范围为 3.51%—10.40%,水蜡对于反硝化功能菌属的富集能力最强.基于实验得出,在模拟垂直流人工湿地条件下,根系水淹处理的木本植物为微生物反硝化作用营造了适宜的厌氧条件,使反硝化细菌在木本植物根际大量富集,供试的 7 种木本植物在适应水淹缺氧逆境胁迫的同时,仍能够保障人工湿地系统的氮去除能力.

淮北平原典型中低产土壤砂姜黑土质地黏重、易旱易涝,严重限制了冬小麦的生产.因此如何改善砂姜黑土不良水分性状,是促进冬小麦生长的关键.通过盆栽试验,研究干旱胁迫下施加生物炭对砂姜黑土冬小麦叶片生理特性、根系形态以及土壤化学性质的影响.共设 4 种施肥处理:T0(常规施肥)、T1(常规施肥+1%生物炭)、T2(常规施肥+3%生物炭)和T3(常规施肥+6%生物炭),播种后第 30 天进行干旱胁迫处理.结果表明:(1)干旱胁迫处理显著促进冬小麦叶片H2O2 含量以及CAT、SOD和POD活性,施加生物炭处理则显著降低了干旱胁迫下冬小麦叶片H2O2 含量和CAT活性,对SOD和POD活性无显著影响.(2)干旱胁迫抑制了冬小麦根系生长,施加 3%生物炭处理冬小麦根系总表面积和平均根系直径与不施加生物炭相比,分别增加了 48.0%和 34.7%;6%生物炭处理显则著促进干旱胁迫下冬小麦总根长、总表面积、平均根系直径和总根体积增加.(3)施加不同生物炭处理均显著提高土壤pH值和有机质含量,且土壤有机质含量随着生物炭施加量的增加呈上升趋势;施加 6%生物炭土壤速效磷和速效钾含量与对照比,分别上升了 70.3%和 110.5%,土壤碱解氮含量无显著变化.研究结果表明,施加适量生物炭能够降低干旱胁迫下冬小麦体内活性氧积累,促进冬小麦根系发育,提高砂姜黑土养分含量,促进冬小麦在干旱胁迫下生长.

[目的]盐胁迫影响花生种子萌发和植株生长,阐明盐胁迫下适量施肥提高种子萌发率和花生产量的内在调控机制,并解析该过程与种子际土壤细菌菌群结构的关系,为通过改良种子际土壤微生物环境,提高花生出苗健苗率、耐盐抗逆性和花生生产能力提供理论和技术依据.[方法]以耐盐花生品种(花育 25 号,HY25)为试验材料,设置 3 个氮素水平 0、90 和180 kg/hm2,采用盆栽试验和高通量测序技术,阐明氮肥施用对盐胁迫下花生种子际微生物菌群结构、花生发芽出苗和产量的影响.[结果]施加氮肥可有效提高花生种子在盐胁迫下的发芽率和最终产量,并以施氮量 90 kg/hm2 最适.16S rRNA测序分析显示,种子际的土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、酸杆菌门(Acidobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)及芽孢杆菌门(Gemmatimonadetes)等为优势菌门.在属水平上,盐胁迫虽然提高了有益菌属拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度,但同时导致有害的链球菌属(Streptococcus)增多,最终降低了有益菌属芽孢杆菌属(Bacillus)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)和溶杆菌属(Lysobacter)的相对丰度.盐胁迫下施氮可以显著改善种子际的土壤微环境,提高有益菌属拟杆菌属、芽孢杆菌属、鞘脂单胞菌属的相对丰度,对土壤修复和地力提升有一定的帮助,同时还能增强花生抗逆性.[结论]盐胁迫下适量施氮可提高种子际有益菌属的相对丰度,从而提高花生种子的发芽率和耐盐性,最终促进盐胁迫下的花生增产.

泥炭藓(Sphagnum)作为泥炭藓湿地中的优势种,是泥炭藓湿地最主要的固碳(C)植物,其生理与形态特征关系着泥炭藓湿地的碳汇潜力.氮(N)沉降对泥炭藓生理和形态特征具有显著影响,但有关N沉降对湿地泥炭藓生理及形态特征的影响还存在很大的争议,并且N沉降对亚热带湿地泥炭藓生理及形态特征影响的研究鲜有报道.该研究以鄂西南泥炭藓湿地为研究对象,通过原位喷洒不同浓度的NH4C1溶液,探讨模拟N沉降对泥炭藓生理及形态特征的影响.模拟N浓度设置4个水平,分别为0(N0)、3(N3)、6(N6)、12g·m-2·a-1(N12),其中N0为对照(CK).研究结果表明:(1)N沉降对泥炭藓体内总C、总N含量有显著影响.其中,N3处理下的总C、总N含量最高,相比于CK分别增加了3.78％和88.52％.(2)N沉降对泥炭藓叶绿素含量和荧光活性影响不显著,但对泥炭藓抗氧化酶活性和渗透调节物质的含量有显著促进作用,尤其是可溶性糖含量与过氧化物酶活性.(3)随N沉降量增加,泥炭藓株高、分枝数、单株质量及叶细胞面积均表现为先增加后降低趋势,且最大值出现在N3处理.(4)泥炭藓对N沉降很敏感,2年的N沉降对泥炭藓的生理及形态特征的影响存在一定的N沉降负荷值,约为3g·m-2·a-1,大于该值后,泥炭藓各类形态指标受到抑制,受到胁迫显著增加.该研究表明,当前自然大气N沉降量对鄂西南湿地泥炭藓生长有一定的促进作用,但持续或加倍的N沉降可能会对泥炭藓生长造成伤害.

橡胶树(Hevea brasiliensis)种子催芽生长一般使用沙床培育,沙子是不可再生资源,为了选择一种适合橡胶树种子培育方式来替代对沙子的依赖,该研究通过水培、悬空培育和传统的沙培比较橡胶树实生苗第1蓬叶稳定时,苗木的生长势、生理指标及养分含量.结果表明,水培实生苗地上部株高、茎粗、叶面积的长势最佳,壮苗指数和生物量的含量最高,但其根太长,根相对较细.水培的叶、茎、根的可溶性糖、丙二醛、游离脯氨酸、超氧化物歧化酶的含量均较低;水培和悬空培育的叶片和茎的叶绿素、类胡萝卜素及根系活力的含量没有显著性差异,均高于沙培.水培的叶、茎、根中的氮和磷含量最低,沙培的最高;而水培实生苗根和茎中钾的含量较高,叶片中含量与悬空培育、沙培均没有显著性差异;悬空培育在叶、茎、根中钾的含量最低.水培促进了苗木的生长,降低干旱胁迫,提高养分利用率,但后续还需调控根系,建设良好根团.悬空培育的苗木长势较弱,还需进一步完善方法.