大气氮沉降增加影响着陆地植被群落结构与功能.非固氮型地衣主要依赖大气沉降的无机氮(铵态氮和硝态氮)作为氮源,因此,成为大气氮沉降的生物指示器,但地衣对这两种无机氮的吸收能力差异尚不清楚,这严重限制了利用地衣氮含量解译大气氮沉降水平的准确性.本研究以鹿蕊地衣为对象,在光照和避光条件下对鹿蕊地衣进行单独铵根(NH4+)或硝酸根(NO3-)添加以及NH4+和NO3-按不同比例混合添加处理,分析地衣氮吸收能力差异.结果表明:鹿蕊地衣对NH4+和NO3-的吸收速率随浓度增加而增加,并呈Michaelis-Menten曲线特征.鹿蕊地衣偏好吸收NH4+,NH4+的亲和力和吸收效率均高于NO3-;随着NH4+与NO3-混合比例的增加,鹿蕊地衣吸收NO3-的速率和总量降低,但吸收NH4+的速率基本不受影响,这表明NH4+增加会抑制鹿蕊地衣对NO3-的吸收能力.避光显著降低鹿蕊地衣对NO3-的最大吸收速率和效率,但对鹿蕊地衣NH4+吸收能力的影响较小.本研究揭示了地衣具有喜NH4+和亲NH4+的氮吸收策略,因此,在利用地衣监测大气氮污染水平及评价大气氮沉降对地衣生理生态特征的影响时需要考虑大气无机氮沉降的主要类型.

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.

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高.本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均分别补灌至65％(W1)、75％(W2)和85％(W3);副区为4个施氮量:施纯氮0(N0)、150(N1)、180(N2)和210(N3)kg·hm-2,分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响.结果表明:小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W2N2处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg.hm-2;继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响.在相同施氮量条件下,与W1相比,W2条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了 4.5％～6.0％、19.7％～28.2％和7.5％～9.8％,与W3相比均无显著差异.同一灌溉水平下,N2处理花后干物质积累量较N0和N1处理分别平均增加80.1％～88.9％和16.7％～22.2％,与N3处理间无显著差异.小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W1、W2和W3处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm-2·m-3,N1、N2和N3处理下氮肥偏生产力分别为50.8％、48.4％和42.5％.综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均补灌至75％协同施氮180 kg·hm-2(W2N2)是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式.

研究不同氮素形态对高寒人工草地植物群落生物量分配和优势种叶片光合特性的影响,以期筛选出适合高寒人工草地生产力维持的氮素形态.以4龄"青海中华羊茅(Festuca sinensis Qinghai)+青海草地早熟禾(Poa pratensis Qinghai)"混播草地为研究对象,采用随机区组设计,设置对照组(CK)、酰胺态氮(U)、铵态氮(A)和硝态氮(N)4种处理方式,对不同处理方式下的生物量分配特征、优势种叶片光合特性和化学计量特征进行了分析.结果表明,氮添加降低了茎的相对生物量,提高了叶和穗的相对生物量,通过增加15-45 cm高度范围内茎和叶的生物量提高地上总生物量.不同氮素形态对地上生物量的促进作用表现为U＞N＞A.不同氮素形态不同程度地提高了优势种叶片的光合性能,对净光合速率和水分利用效率的作用效果表现为A＞N＞U.3种氮素形态对植物叶片碳含量没有显著影响,但显著提高了氮、磷含量,降低了碳氮比和碳磷比,且作用效果均表现为U＞N＞A.冗余分析表明,胞间CO2浓度、气孔导度和净光合速率是影响植物生产性能的关键光合指标,叶片氮含量、磷含量、碳氮比、碳磷比和氮磷比是影响植物光合作用和生产性能的关键因子.综合而言,酰胺态氮可能更有利于高寒人工草地生产力的维持.

为探究棕鞭金藻生产岩藻黄素的综合性能,以期建立高效合成岩藻黄素的发酵工艺,研究首先对金藻发酵培养基中的碳氮比、维生素添加量进行优化.结果表明,当碳氮比为24、维生素添加量为3.75 mg/L维生素B1和1.25 mg/L维生素B12时,有利于金藻细胞内的岩藻黄素高效合成.此外,通过调控金藻光/暗培养模式,对其在不同条件下的细胞生长、最大光合效率和岩藻黄素积累情况进行比较研究,结果显示从种子培养到上罐发酵全过程进行光诱导后,胞内岩藻黄素含量显著提升.通过系统优化,金藻发酵后的胞内岩藻黄素含量和产量分别达到1.79 mg/g和33.6 mg/L,比优化前的发酵水平提高33.6%和31.2%.研究利用发酵优化技术强化了棕鞭金藻的岩藻黄素积累,为后续进一步进行大规模过程放大奠定了前期基础,也为其他微藻生产岩藻黄素提供了借鉴和参考.

目的:探究几种典型野生百合在关中平原的适应性.方法:以卷丹百合、川百合和野百合为材料,对3种野生百合在关中平原的光合特征、水分利用效率、叶绿素含量、氮含量和生长情况进行了测定.结果:卷丹百合的净光合速率显著高于川百合和野百合,分别是川百合和野百合的1.76倍和1.41倍;卷丹百合水分利用效率>野百合>川百合,分别是野百合和川百合的1.20倍和1.68倍;3个百合品种间的蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度没有显著差异;卷丹百合和野百合的叶绿素含量和氮含量显著高于川百合;卷丹百合的地上生物量显著高于川百合和野百合,分别是川百合和野百合的2.62倍和2.93倍.结论:隶属函数分析表明,3个野生百合品种综合表现排序为:卷丹百合>野百合>川百合.

以丝状产油微藻段殖黄线藻(Xanthonema hormidioides)作为实验材料,经过低温(5℃)预处理后的藻种与常温(25℃)条件下的藻种进行对比实验,研究段殖黄线藻在不同温度(5℃、10℃、15℃、20℃、25℃)和高、低氮浓度(18和3 mmol/L)条件下的生长和油脂积累及低温(5℃)对这两种状态下的藻种光合活性和抗氧化酶系统的影响.结果显示:低温预处理后的段殖黄线藻在各温度下积累的生物量要高于常温条件下的段殖黄线藻,在15℃时可达到最高生物量为10.1 g/L,20℃条件下可获得最高油脂和脂肪酸绝对含量,分别占干重的64.20％和49.05％(3 mmol/L),蛋白质含量在15℃时达到最高为43.5％(18 mmol/L),总碳水化合物则基本维持在10％-25％.5℃下段殖黄线藻对光的利用率(a)及最大电子传递速率(ETRmax)均受到明显抑制,低温预处理后的段殖黄线藻叶绿素a含量、Fv/Fm和Fv/Fo值均在第9天后超过常温实验组,最高分别可达9.98 mg/g、2.99和0.75(3 mmol/L).与常温实验组相反,低温预处理后段殖黄线藻在5℃下ETRmax和对强光的耐受能力(IK)均有所升高.此外,低温预处理后段殖黄线藻超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的最大活性可达65.6和0.56 U/mg protein,均显著高于常温段殖黄线藻(P＜0.05).综上,低温预处理后的段殖黄线藻生长和代谢产物的积累更具优势,并且在低温适应性、光合效率及抗氧化应激方面的能力也得到显著提升.

为探讨棉花(Gosypium spp.)叶片净光合速率(Pn)与氮分配的关系,分析影响光合氮利用效率(PNUE)提高的限制因子,揭示氮利用效率的光合生理调控机制,该研究在花铃期测定包括陆地棉(G.hirsutum)、海岛棉(G.barbadense)、树棉(G.arboreum)和草棉(G.herbaceum)16个基因型棉花的气体交换参数、不同组分氮含量与比例和单位面积细胞壁含量(CWarea)等,分析Pn、CWarea、PNUE与各组分氮含量之间的关系.结果表明:当单位面积氮含量(Narea)小于3.75g·m-2时,Pn与Narea呈极显著正相关关系,超过此值,它们之间无相关关系;而Pn与光合机构中的核酮糖-1,5-双磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)氮含量(Nr)和生物力能学氮含量(Nb)呈显著正相关关系,与捕光系统氮含量(NL)呈边缘性正相关关系,表明光合机构氮含量(Np)比Narea对光合能力更为重要;此外,Pn也与气孔导度(Gs)呈显著正相关关系.基因型'常紫1号'低的Pn主要与低Np有关,而基因型'MOC-620'低的Pn主要与低Gs有关.光合机构各组分氮分配比例也与PNUE呈显著或极显著正相关关系;但光合机构各组分氮分配比例受自身Narea和CWarea影响.相关分析表明,生物力能学氮分配比例(Pb)和捕光系统氮分配比例(PL)与Narea极显著负相关;Rubisco氮分配比例(Pr)、PL和Pb分别与CWarea显著、极显著和边缘性负相关.表明随着Narea和CWarea增加,叶片倾向于非光合机构氮分配,包括储存氮组分和细胞壁组分.此外,细胞壁可能通过影响叶肉导度(gm)降低Pn和PNUE.增加光合机构氮分配比例,降低非光合机构的氮分配比例以及增加gm可提升基因型'常紫1号'和'MOC-620'的PNUE.

桉树-乡土树种混交林在提高林分生产力和生态系统功能等方面具有较大潜力.该研究以南亚热带4种桉树-乡土树种混交林(桉树与乡土树种混交比例分别为5∶5、6∶4、7∶3、8∶2)和桉树纯林为研究对象,研究了3种优势乡土树种华润楠(Machilus chinensis)、阴香(Cinnamomum burmannii)、灰木莲(Manglietia glauca)和速生树种尾叶桉(Eucalyptus urophylla)的叶片生理、结构和化学性状在不同比例混交林中的差异.结果表明,4 优势造林树种的叶片性状存在明显的种间差异,其中灰木莲的比叶面积(SLA)、光合磷利用效率(PPUE)、单位质量叶片最大光合速率(Amass)和蒸腾速率(Tmass)以及叶片养分含量最高,说明灰木莲采取资源获取型的生态策略;尾叶桉的SLA、Amass、Tmass及叶片养分含量最低,但具有最高的PPUE,说明尾叶桉兼顾了资源获取型和保守型的物种特征.灰木莲与尾叶桉在SLA、Amass、Tmass、PPUE、叶片氮含量和氮磷比等叶片性状上几乎没有任何重叠,说明灰木莲与尾叶桉之间的叶片资源利用高度互补,可能是与尾叶桉混交的理想树种.物种水平上,灰木莲叶片氮含量、华润楠叶片磷含量以及干季时阴香叶片Amass和PPUE随乡土树种混交比例增加有增加的趋势,但总体上树种混交比例对于 4 造林树种的叶片结构、化学和生理性状的影响不大;林分水平上,桉树-乡土树种混交林的比叶面积、光合能力以及叶片氮磷比显著高于尾叶桉纯林,说明桉树与乡土树种混交能够提高林分整体的光捕获和光合能力,但同时也加剧了植物生长的磷限制.因此,建议在未来南亚热带桉树人工林的构建与改造中,应优先挑选与桉树资源利用互补并能够优化混交林磷素循环利用的乡土树种.

雌雄异株植物资源分配模式上往往表现出显著的性别二态性,但在叶片光合及功能性状上是否有差异目前仍未有定论,且与发育阶段的关系尚不明确.阐明上述问题,能够进一步了解雌雄异株植物的生理生态特征,并为理解性别对性二态植物生长发育的影响机制提供理论依据.以雌雄异株绒毛白蜡(Fraxinus velutina Torr.)为研究对象,针对不同发育阶段不同性别植株进行光合特征及叶功能性状测定,采用双因素方差分析了不同发育阶段下雌雄植株光合能力及叶功能性状的性别间差异,采用Pearson检验了雌雄植株各叶功能性状之间的相关性,并采用标准化主轴分析(Standardized major axis regression,SMA)分析不同性别植株净光合速率与叶功能性状的相关性.结果表明性别和发育阶段显著影响植物个体的光合能力和叶功能性状.总体而言,雄树在坐果期和果实成熟期均表现出更强的净光合速率(Pn)、更高的比叶面积(SLA)、叶绿素含量(Chl)和叶氮含量(LNC);而雌树在果实膨大期表现出更强Pn、SLA和Chl.雌雄性别内Pn与SLA、Chl和LNC间均呈显著正相关(P＜0.05),雄树的SLA vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05);Chl vs.Pn的关系在性别间不显著(P＞0.05);雄树的LNC vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05).SMA结果表明雄树的光能利用效率和光合氮素利用效率高于雌树,雌树将更多的生物量和氮素用于非光合作用过程,但两者的光吸收率并无差异.结果表明绒毛白蜡雌雄个体的生活史策略不同,在不同发育阶段中的光合特征及叶功能性状上存在显著的性别二态性.