工业化和快速城市化进程导致城市树木暴露于高浓度地表臭氧(O3)和氮(N)沉降的环境.以两种北京常见的城市园林绿化树种栾树(Koelreuteria paniculata)和白皮松(Pinus bungeana)为研究对象,采用臭氧开顶式气室(OTC)和15 N同位素示踪法,研究了 2022年5月-9月3种臭氧浓度NF(自然环境臭氧浓度)、NF40(NF+40 nmol/mol O3)和NF60(NF+60 nmol/mol O3)环境下两种树苗的生理生长特性,特别是生长季末期植物叶片氮吸收的响应机制.研究结果表明:(1)高浓度O3显著抑制栾树和白皮松叶片饱和光合速率、气孔导度、叶绿素含量、类胡萝卜素含量和生物量累积,但增加了叶片N含量.(2)生长季末期栾树与白皮松叶片N元素的吸收策略不同,栾树的新叶比老叶吸收更多的N,同时N可能从老叶转移到新叶;白皮松则将N更多地储存在老叶中以维持叶片常绿,而不是将N转移到新叶中.(3)在生长季结束前一周,不论施N与否O3浓度升高均会显著增加叶片的衰老比率,O3浓度越高栾树叶片衰老比率越高,而施N处理可降低由于O3升高导致叶片衰老的比率,越接近生长季结束O3增加栾树叶片衰老和施N缓解叶片衰老的变化规律越显著.由此可见,在研究城市树种应对O3浓度升高和N沉降的环境变化时,不仅要考虑不同功能型如落叶和常绿树种的差异,同时也应关注落叶植物的不同生长时期,特别是生长季末期的变化.

环境臭氧(O3)已成为影响植物生长发育的重要生态因子.为探究地面O3污染对蔬菜形态学特征及营养指标的影响,选罗马直立生菜(Lactuca sativa var.roman)为实验材料,采用开顶式气室开展熏蒸实验.实验设置4个O3熏蒸浓度(NF:未过滤的环境空气;NF40:环境空气+40 nmol/mol;NF80:环境空气+80 nmol/mol;NF 120:环境空气+120 nmol/mol),每个处理设置3个重复组,分析评价O3污染对植物造成的可见伤害、生产量、叶片解剖学特征以及食用部位营养指标的影响.研究表明:(1)O3熏蒸对生菜叶片产生不可逆的可见伤害,叶片出现浅黄色斑点和棕色斑点,且随着熏蒸时间延长,叶片出现黄化,大面积的坏死斑块,衰老加速.(2)高浓度O3胁迫显著降低了生长阶段的株高(P＜0.05).与NF组相比,NF40、NF80、NF120组分别使生物量下降5.90％、14.99％、39.21％.(3)随着O3熏蒸浓度升高,气孔密度增加,气孔开度减小.叶片厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度与O3暴露剂量AOT40呈显著负相关关系(P＜0.05).(4)高浓度O3暴露使蔬菜中Ca、Na、Fe、Zn、Mg等元素含量显著降低,脂肪和蛋白质含量增加,生菜的营养指标发生改变.研究表明,罗马直立生菜对环境O3污染敏感,其生长发育及营养指标在O3胁迫条件下发生明显变化.目前,关于O3污染对蔬菜形态学特征影响的研究较少,研究系统探讨蔬菜的叶片厚度、栅栏组织、海绵组织、气孔密度及开度等形态学指标在臭氧污染条件下的变化.蔬菜的品质是关系到"三农"问题的重要方面,研究探讨了臭氧污染对蔬菜的产量及营养指标的影响,可为O3污染条件下蔬菜的生产提供科学参考.

氮磷重吸收是林木应对养分限制和提高养分利用效率而采取的重要养分利用策略.林木氮磷重吸收特征随其生长发育的变化规律和机制研究尚不充分.本文以中亚热带不同林龄(6、18、26和34年生)的木荷(Schima superba)人工林为研究对象,测定了木荷新鲜叶和衰老叶的氮(N)、磷(P)含量及其重吸收效率,并结合土壤全氮、全磷、铵态氮、硝态氮和速效磷含量,探究不同林龄木荷叶片养分重吸收特征及其调控机制.结果发现:土壤氮磷含量随林龄增长发生显著变化,6年生木荷林土壤全磷含量显著高于26和34年生木荷;26年生木荷林土壤全氮含量显著高于6、18和34年生木荷林土壤.34年生木荷新鲜叶全氮含量显著高于6、18和26年生木荷(P＜0.05),不同生长阶段木荷新鲜叶全磷含量、衰老叶全氮和全磷含量均无显著差异(P＞0.05).木荷叶片氮重吸收效率(RN)随林龄增加而升高(35.48％～44.52％),均值为38.25％;而磷重吸收效率(RN)随林龄增加而降低(30.99％～53.50％),均值为40.42％;6和18年生木荷叶片的相对养分重吸收效率(RN∶Rp)小于1,26和34年生木荷叶片的相对养分重吸收效率大于1;4个林龄木荷叶片全磷含量均小于1 g·kg-1且全氮含量均小于20 g·kg-1,新鲜叶氮磷比随林龄显著增加(17.62～24.40)且大于16,表明该地区木荷生长受到磷限制.RN与土壤铵态氮、硝态氮以及氮磷比(STN∶STP)呈正相关;Rp与土壤速效磷呈正相关,与土壤铵态氮呈显著负相关(R2=0.332,P＜0.05),RN∶Rp与土壤氮磷比呈显著正相关(R2=0.306,P＜0.05).研究结果表明,随着木荷生长发育,叶片氮重吸收效率增加,以满足生长发育的氮需求;但叶片磷重吸收效率降低,导致磷限制增强.可见,叶片磷重吸收可能不是其适应磷限制的主导机制,未来可深入研究木荷应对磷限制的其他途径,并进一步明确磷重吸收和土壤铵态氮含量变化的作用机制.

非生物重金属元素的累积可能会对植物生长发育产生不利影响,但林木叶片在衰老过程中是否对这些重金属元素具有重吸收作用尚不清楚.因此,选择中亚热带以米槠为建群种的天然林和次生林以及米槠人工林和杉木人工林4种不同类型森林为研究对象,在一个生长季(4-10月)同步分析林木成熟叶片和新鲜凋落叶片铬(Cr)、镉(Cd)和铅(Pb)的含量变化,探讨不同森林叶片非生物重金属元素的重吸收和累积规律.结果表明:4种森林叶片表现出对3种非生物重金属元素明显的选择性重吸收作用,其重吸收率受森林类型、元素和时间的显著影响.天然林在4月和7-10月对Cr元素重吸收(4月重吸收率最高,达67.8％),在4月和6月对Cd元素重吸收,仅在4月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.次生林在4月(最高达62.5％)、5月和10月对Cr元素重吸收,在4月和10月对Cd和Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.米槠人工林在整个生长季节中Cr元素均在衰老叶中累积,在8月和9月对Cd元素重吸收,在4月、7-8月和10月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.杉木人工林在4月和10月对Cr元素重吸收,整个生长季节Cd元素均在衰老叶中累积,在10月对Pb元素重吸收,其余月份表现出累积特征.总体来看,天然林和次生林对Cr和Cd元素的重吸收显著高于人工林,而对Pb元素的重吸收特征表现相反.另外,在4种类型森林中,Cr与Pb元素在新老叶片中的变化动态呈显著正相关,并随降水的增加而增加,随气温升高而降低,但Cd与Cr和Pb元素呈显著负相关.这些结果表明,相对于人工林,米槠天然林和次生林对含量较高的Pb元素具有较好的避害能力,为区域森林营建和可持续经营提供了理论依据.

养分重吸收是植物重要的营养保存机制和养分循环的重要组成部分,温度变化会影响植物养分吸收.为了探讨若尔盖高原沼泽湿地植物木里薹(Carex muliensis)草养分重吸收特征对气候变暖的响应,本研究通过野外模拟增温实验,测定木里薹草成熟叶片和衰老叶片的氮(N)、磷(P)含量并分析其重吸收效率差异.结果表明:木里薹草叶片N、P含量均值分别为11.44和1.19mg·g-1,N重吸收效率(NRE)、P重吸收效率(PRE)均值分别为61.8％和69.0％,增温显著降低了成熟叶片氮含量,显著提高了衰老叶片磷含量(P＜0.01),对成熟叶片磷含量和衰老叶片氮含量没有显著影响;增温显著降低了成熟叶片和衰老叶片N∶P(P＜0.01)及NRE(P＜0.05)和PRE(P＜0.01);木里薹草叶片氮磷重吸收效率与成熟叶片氮磷含量呈显著正相关,与衰老叶片氮磷含量呈显著负相关;木里薹草生长受P限制,而增温可能导致限制情况发生变化,木里薹草叶片养分重吸收还可能受到化学计量调控.研究结果将有助于了解和预测若尔盖高原养分循环对未来气候变化的响应,并为气候变暖下高寒草本沼泽植物养分重吸收效率变化的预测提供数据支持和实验证据.

为解决设施长季节栽培番茄因养分管理不当引发的植株早衰问题,本研究以'圣罗兰3689'番茄为试材,以正常管理为对照(CK),研究微生物菌剂(T1)、玉米蛋白酵素(T2)及两者配施(T3)对长季节栽培番茄叶片光合特性和抗氧化酶活性等生理特性的影响,探究其延缓叶片衰老的生理机制.结果表明:单独施用微生物菌剂或玉米蛋白酵素均能提高番茄叶片光合特性和抗氧化酶活性,但两者配施效果更好.微生物菌剂和玉米蛋白酵素配施(T3)处理后80 d,番茄叶片中叶绿素(a+b)含量、净光合速率、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶活性分别较CK增加16.4％、30.9％、23.4％、33.0％和40.3％.处理后210 d,株高和茎粗分别较CK增加8.2％和7.0％,产量显著增加9.9％.综上所述,微生物菌剂和玉米蛋白酵素配施可通过提高番茄叶片中叶绿素含量、净光合速率和抗氧化酶活性来延缓叶片衰老,促进番茄生长,提高产量.

利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜技术,观察龙葵(Solanum nigrum L.)四叶一心期叶片及茎表皮腺毛的种类、分布,探究了不同类型腺毛的起源、生长、成熟、分泌、衰老等发育过程的细胞学特征;通过组织化学染色和荧光显微技术,观察了龙葵腺毛成分、分布,为龙葵的进一步开发利用提供参考.结果表明,(1)龙葵腺毛分为单细胞头腺毛和多细胞头腺毛两类,前者主要分布于茎表面和叶上下表皮,后者主要分布于茎表面的单细胞头腺毛之间、叶脉及叶边缘;(2)龙葵腺毛发育起始于表皮细胞突起,单细胞头腺毛顶端生长,具1～4个柄细胞,4种类型;多细胞头腺毛可再分为1层、2层与3层多细胞头腺毛,另具3种特殊类型;(3)龙葵成熟腺毛具分泌能力,通过皮下空间的物质积累导致腺毛头细胞表面形成突起、包块、破口,最终释放分泌物;而头细胞与柄细胞随即皱缩、衰老.(4)超微结构显示,腺毛头细胞中内质网与高尔基体极为丰富,合成代谢及分泌活动活跃,产生大量包裹嗜锇物质的囊泡,囊泡与细胞壁融合,进而将嗜锇物质转移至细胞壁并积累,随后储存在角质层下的皮下空间直至分泌释放;(5)组织化学染色结果表明,腺毛含有萜类、生物碱、脂类、蛋白质、酚类和多糖,头细胞中主要含有萜类、生物碱、脂类、蛋白质、酚类和中性多糖,柄细胞中主要含有萜类、生物碱、脂类.

为明确宽幅精播条件下小麦高产高效的适宜基本苗密度,于 2018-2019 年和 2019-2020 年在山东兖州大田试验条件下设置 4 种基本苗密度处理:90×104株·hm-2(D1)、180×104株·hm-2(D2)、270×104株·hm-2(山东高产田常用基本苗密度,D3)、360×104株·hm-2(D4),研究基本苗密度对小麦光合特性、衰老特性以及籽粒产量和水分利用效率的影响.结果表明:与D1、D4处理相比,D2处理显著改善了灌浆期间小麦旗叶光合特性,提高了旗叶和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白质含量,降低了旗叶和根系丙二醛(MDA)含量,延缓了旗叶和根系衰老;与D1、D3、D4处理相比,D2处理显著提高了 0～40 cm土层小麦根长、根表面积和根体积.2018-2019 年和2019-2020 年,与D1、D3、D4处理相比,D2处理的籽粒产量分别提高11.8%、2.5%、6.4%和 22.7%、5.7%、17.1%,水分利用效率分别提高 9.2%、8.8%、14.2%和21.1%、6.2%、21.5%.综上,基本苗密度为180×104株·hm-2的D2处理通过提高小麦灌浆期旗叶光合特性,改善小麦根系形态,延缓了植株衰老,籽粒产量和水分利用效率最高,是山东宽幅播种高产麦田的最优处理.

林木叶片对营养元素的重吸收作用可以减少对外界环境的依赖并适应外界环境的改变,但相对于关注较多的大量元素,微量元素重吸收规律仍然未知.因此,该研究主要比较同一立地条件下不同生活型树种对微量元素的重吸收效率差异.以中亚热带同质园中处于生长旺盛期的8个树种为研究对象,于2019年8月调查了不同树种成熟叶和衰老叶中微量元素A1、Fe、Mn、Zn和Cu的含量,并分析元素的重吸收效率,探索其养分利用策略.结果显示:常绿树种(包括针叶和阔叶)对Mn、Zn和Cu的重吸收效率均明显高于落叶阔叶树种,但8个树种对Al和Fe均未表现出明显的元素重吸收特征.相对于其他树种,马尾松(Pinus mnassoniana)和樟(Cinnamomum camnphora)对Mn的重吸收效率较高(＞30％),米槠(Castanopsis carlesii)、醉香含笑(Michelia macclurei)和无患子(Sapindus saponaria)对Mn的重吸收不明显.樟对Zn的重吸收效率达67％,鹅掌楸(Liriodendron chinense)对Cu的重吸收效率达52％,枫香树(Liquidambar formosana)对Zn和Cu表现为在衰老叶中积累(-30％和-23％).此外,微量元素重吸收效率与土壤元素含量之间表现出明显的负相关关系,微量元素的重吸收效率与大量元素重吸收效率之间也存在一定的协同性.这些结果充分证明常绿阔叶树种相对于其他生活型树种对微量元素的重吸收效率更高,具有更好的微量元素利用效率.

脂肪酸作为烟草中一类重要的化合物,对烟草的生长发育及烟叶的品质风格有重要的影响.近年来,脂肪酸代谢也被证实参与了烟草抗逆性的形成.烟草种子富含油脂和各类脂肪酸,随着烟草种子发育,亚油酸、油酸和棕榈酸含量不断增加,可作为一类潜在的生物质能源加以开发利用.在烟草叶片的生长发育过程中,脂肪酸含量逐渐升高,开花时达到最大,随烟叶成熟衰老而逐渐降低,同时饱和脂肪酸逐渐转变为不饱和脂肪酸.烟叶中、下部叶片脂肪酸含量高于上部烟叶,栅栏组织中高于海绵组织中.此外,基因型以及光照、温度、地理因素、施肥、烘烤方法、机械伤害等环境因素均显著影响烟叶内脂肪酸的组成、含量及其脂肪酸生物合成和代谢关键酶活性和基因表达.低温锻炼可显著提高烟叶内多不饱和脂肪酸含量,降低饱和脂肪酸含量,提高烟叶的耐冷性.通过基因工程手段在烟草中过表达脂酰-ACP去饱和酶、酰基载体蛋白、脂肪酸去饱和酶及脂肪酸脱氢酶等基因可有效提高烟草内不饱和脂肪酸的含量,增强烟草在干旱、高温、强光等非生物胁迫环境下的抗逆性.基于以上结果,提出未来的研究方向,旨在为该领域的研究提供理论和实践指导.