在全球气候变化背景下,干旱诱导木质部栓塞被认为是驱动树木死亡的主要因素.因此,分析木质部栓塞抗性(用导水率损失50％的水势(P50)表示)的内在解剖决定因素对于理解其结构与功能间的机制具有重要意义,为气候变化背景下植被恢复树种选择提供理论依据.该研究测定广西弄岗喀斯特森林内12个主要常绿树种的木质部导管直径、导管组指数、组分占比、纹孔形态和纹孔膜超微结构,同时结合木质部储水特征(如木材密度和饱和含水量),综合分析干旱诱导木质部栓塞抗性与其解剖结构以及储水特征之间的关系.结果显示:(1)Ps0与导管直径、密度、导管组指数以及组分占比间的相关性均不显著;(2)P50与纹孔形态特征以及纹孔膜厚度和纹孔腔深度等特征间的相关性均不显著;(3)P50与木材密度显著负相关,与饱和含水量边缘显著正相关,即木材密度较大、饱和含水量较低的树种表现出较强的栓塞抗性.研究结果表明,运用单一的解剖结构来评估栓塞抗性是不全面的;此外,木质部水分存储能力与栓塞抗性之间的权衡关系对于深入理解喀斯特植物耐旱性的内在结构机制以及多元化的水分利用策略具有重要的生态学意义.

探究不同降水情景下荒漠植物茎干解剖学结构的适应性调节,可以更好地理解未来降水格局变化下荒漠植物水和碳运输间的协调机制.该研究以毛乌素沙地黑沙蒿(Artemisia ordosica)种群为对象,通过野外人工控制降水的方法,模拟半干旱气候区降水变化趋势,设置3个降水量水平(减水30％、自然降水、增水30％)以及2个降水间隔水平(降水间隔5 d、降水间隔15 d)开展双因素完全随机实验,测定了黑沙蒿茎木质部与韧皮部解剖结构在不同降水情境下的轴向与径向变异.结果表明:1)在降水改变的情况下,黑沙蒿并未产生更抗栓塞的轴向木质部结构及传导效率更高的轴向韧皮部结构来适应环境;2)降水变化通过改变40-60 cm土层含水率对黑沙蒿的木质部、韧皮部径向解剖性状产生影响.在低水分生境下,黑沙蒿减小导管直径和增大导管壁厚度以保证水分运输的安全性,并且通过增大韧皮部筛管面积来维持韧皮部导度保证碳的有效运输,以此保证黑沙蒿进行正常的生理活动;3)黑沙蒿木质部导管和韧皮部筛管具有等标度的轴向缩放规律,二者协同关联共同维持水力功能,且这种相关关系不受降水变化的影响.该研究表明,黑沙蒿通过改变径向茎干结构而不是轴向结构来适应降水的改变.

在细胞尺度上定量分析导管特征,对于揭示植物对环境的适应策略具有重要意义.直接打磨样品并结合体视显微镜成像技术是目前研究木质部解剖结构(针叶树管胞和阔叶树导管)的主要方法之一,但仍不可避免损伤木质部细胞,限制了对木质部细胞真实解剖结构的认识.本研究选取了加拿大魁北克南部的糖枫树、北美白桦、美洲白蜡树、美洲铁木、大齿杨、苦味山核桃、北美红橡7个阔叶树种,应用计算机显微断层扫描技术(μCT)和体视显微镜法分别测量各树种的导管直径和面积,采用线性模型对两种方法的测量结果进行数据拟合,探讨采用μCT量化阔叶树导管大小的可行性.结果表明:对所测定的7个树种,应用两种方法测量导管大小的结果高度相似(R2=0.98).环孔材树种应用两种方法测量的导管直径结果拟合优度(苦味山核桃R2=0.98,美洲白蜡树R2=0.96,北美红橡R2=0.99)高于散孔材树种(北美白桦R2=0.88,美洲铁木R2=0.73,糖枫树R2=0.68,大齿杨R2=0.88).应用2种方法测量小导管(直径≤200 μm,R2=0.94)的结果拟合优度高于大导管(直径＞200 μm,R2=0.92).μCT技术为量化阔叶树种木质部导管提供了 一种无损检测新途径.

植物的根系具有水分吸收和运输的功能,部分还有重要的药用价值.该研究观察了 40 种药用草本植物粗根的解剖特征,比较了不同功能类群的差异性并分析了性状的相关性,同时结合系统发育和自然分布区气候因子解释了根系性状的种间变异性.结果表明,草本植物根系解剖特征种间差异显著;与双子叶植物相比,单子叶植物的根皮层占比更高,而中柱占比更小,揭示了两者根系吸收和运输策略的差异性.性状网络分析表明,木质部面积占比具有高的度和紧密度,是其中的中心性状,木质部面积占比与韧皮部面积占比正相关但与皮层占比负相关.除导管频度和皮层占比外,其他特征均未显示出显著的系统发育信号,说明根系性状受系统发育的影响较少.在单子叶草本植物中,年平均降水量与皮层占比呈正相关;而在双子叶草本中,年平均气温与导管直径正相关.该研究进一步揭示了药用草本植物根系结构的多样性和适应性.

为探讨长期(19年)放牧干扰下荒漠草原植物的响应与适生策略,该研究以荒漠草原优势种无芒隐子草(Cleistogenes songorica)作为研究对象,测量不同放牧强度(控制、轻度、中度、重度)下叶片解剖结构指标,探讨无芒隐子草叶片解剖结构对长期放牧干扰作出的响应.结果表明:(1)保护组织方面,角质层厚度、角质层厚度占叶片厚度比均随着放牧强度的增加呈先减小后增加趋势.泡状细胞厚度随着放牧强度的增加先减小后增加,与对照、中度、重度放牧区相比,轻度放牧区泡状细胞厚度显著减小.(2)维管组织方面,维管束面积、导管面积、韧皮部面积3个指标均随放牧强度的增加呈先增加后减小趋势.木质部面积随着放牧强度增加先减小后增加.维管组织占比方面,木质部占维管束面积比随着放牧强度增加而增加,而主导管占主脉维管束面积比随着放牧强度增加而减小.韧皮部面积随着放牧强度的增加呈先增加后减小趋势,与对照区相比,3种放牧区韧皮部面积显著减小.(3)花环结构面积随着放牧强度的增加呈增加趋势,与对照区相比,3种放牧区花环结构面积显著增加.上述结果表明无芒隐子草叶片各项解剖结构均对长期放牧干扰作出适当响应以确保自身在受放牧等人为干扰的荒漠草原脆弱生态系统中持续生存.

摘 要:气候变化引发的干旱频度和强度严重影响植物生长发育,在全球气候变化背景下,量化植物木质部抗栓塞的能力对评估植物耐旱性尤为重要.为评价杜鹃品种间的耐旱性及筛选强抗旱性品种,该文以锦绣杜鹃'紫鹤'(Rhododendron × pulchrum'zihe')、西洋杜鹃'杨梅红'(Rhododendron × hybridum'yangmeihong')、映山红(R.simsii)3种灌木杜鹃为材料,利用光学技术构建花瓣和叶片栓塞脆弱性曲线,测定花瓣和叶片解剖结构性状,并分析木质部水力功能和解剖结构性状的相关性.结果表明:(1)锦绣杜鹃'紫鹤'、西洋杜鹃'杨梅红'、映山红3种杜鹃花瓣的P12、P50和P88值(分别发生12％、50％和88％栓塞时对应的水势值)大于叶片.(2)3种杜鹃的花瓣和叶片栓塞脆弱性存在一定的变异,花瓣和叶片发生栓塞的快慢不一致,这种变异可能是杂交园艺花卉植物的重要特征.(3)P50值与其形态特征相关性分析显示,叶片P50值与叶片栅栏组织厚度呈负相关,花瓣P50值与花瓣厚度呈正相关.综上认为,3种杜鹃花瓣栓塞脆弱性高于叶片,干旱胁迫下植物优先牺牲花瓣从而保护叶片,栓塞脆弱性可能与叶片栅栏组织厚度和花瓣厚度相关.该研究为干旱地区筛选、培育抗旱性强的杜鹃品种及园林杜鹃植物选择和树种配置提供了科学依据.

木质部是植株体内水分传输的主要通路,其水力特性的变化会影响植株的水分关系和果实的水分积累.目前关于番茄植株木质部解剖结构和水力特性对水分和盐分胁迫的响应及其与植株生长和果实含水量之间的关系尚不明确.本研究通过日光温室番茄盆栽试验,设置3 个处理:对照,土壤含水量(θ)为75%～95%田间持水量(FC),初始电导率(EC)为0.398 dS·m-1;水分胁迫,开花前θ为75%～95%FC,开花后至成熟期θ为45%～65%FC,EC为0.398 dS·m-1;盐分胁迫,θ为75%～95%FC,EC为1.680 dS·m-1,研究了樱桃型番茄(红宝石)和中果型番茄(北番501)植株在水分和盐分胁迫下的植株生长、果实含水量以及木质部水力特性的变化.结果表明:与对照相比,水分和盐分胁迫下茎秆横截面积和木质部导管直径分别减小了22.0%～40.7%和10.0%～18.3%,茎秆比导水率和桁架柄比导水率分别降低了 8.8%～41.1%和 12.9%～28.4%,抑制了植株生长,减少了地上部鲜重、果实大小、果实鲜重和含水量,且与樱桃型番茄相比,中果型番茄的降幅更大.此外,果实含水量分别与茎秆和桁架柄比导水率呈显著正相关.综上,番茄植株在水分和盐分胁迫下木质部水力特性指标减小,生长被抑制,果实鲜重显著降低,最终导致产量降低.其中,中果型番茄相较于樱桃型番茄对水分和盐分胁迫更敏感.

为进一步揭示银州柴胡药用部位根的发生发育特点,以银州柴胡药用部位根为研究对象,采用常规石蜡切片结合荧光显微镜技术对银州柴胡根的发育解剖学进行了研究,为柴胡属药用植物的分类鉴定及有效成分积累的研究等提供科学依据.结果表明,(1)银州柴胡根顶端分生组织由原分生组织及其衍生的初生分生组织组成.原生分生组织细胞体积小、排列紧密、细胞质浓厚、细胞核大而明显,具有典型的分生组织的特点;(2)初生分生组织由根冠原、表皮原、皮层原和中柱原组成.在根发育过程中,表皮、皮层和维管柱共同组成其初生结构.银州柴胡根初生木质部为二原型或三原型,外始式;同时在根表皮细胞的径向壁观察到径向壁的细胞壁加厚;(3)在根次生生长过程中,位于初生木质部和初生韧皮部之间的原形成层恢复分裂能力产生维管形成层,维管形成层不断地向外产生次生韧皮部,向内产生次生木质部;同时位于根内皮层内方的中柱鞘细胞恢复分裂能力产生木栓形成层,木栓形成层向外形成木栓层,向内形成栓内层.在维管形成层和木栓形成层分裂的过程中,在次生韧皮部和中柱鞘组织中产生形态大小不同的分泌道,均为次生的裂生型分泌道.研究认为,银州柴胡根的结构类似于药典收录的北柴胡和红柴胡根的结构特点,但其根表皮细胞径向壁加厚、木纤维的分布、分泌道的大小和数量等有别于柴胡属其他植物,可作为柴胡属植物重要的分类鉴定依据.

植物叶片解剖结构随放牧强度的变化而发生变化.以短花针茅荒漠草原长期(19年)固定监测放牧样地为研究区,以建群种短花针茅叶片作为实验材料,测量不同放牧强度(对照(CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)、重度放牧(HG))下短花针茅叶片保护组织、输导组织、机械组织、同化组织有关的14个解剖结构指标,分析短花针茅叶片解剖结构随长期不同放牧强度的变化,从生理角度探讨荒漠草原植物对长期放牧的适应及响应.研究结果表明:(1)叶片层次上,短花针茅通过增加其叶片横切面面积和叶厚度去适应放牧干扰;(2)保护组织方面,与对照区相比,重度放牧区角质层厚度增加,但未达到差异显著性(P>0.05),角质层厚度占叶厚度比例随放牧强度的增加整体呈增加趋势;(3)输导组织方面,木质部面积随放牧强度的增加呈下降趋势,而韧皮部面积、主导管面积、维管束面积等指标均随放牧强度的增加呈增加趋势,但没有达到显著性(P>0.05);(4)机械组织方面,厚壁组织面积和厚壁组织占叶面积比例均随放牧强度的增加呈增加趋势;(5)同化组织方面,随着放牧强度的增加,短花针茅叶片叶肉组织面积显著增加(P<0.05).可见,在长期不同放牧条件下对荒漠草原植物解剖结构进行研究,在丰富荒漠草原放牧生态学研究内容的同时,对脆弱生态系统的合理利用和保护提供科学依据.

采用PEG-6000模拟干旱胁迫处理,测定了紫穗槐幼苗根系的可溶性糖、可溶性蛋白质、丙二醛、游离脯氨酸含量及SOD、POD酶活性变化以及解剖结构特征,旨在比较不同干旱程度对紫穗槐幼苗根系生理指标、内部解剖结构的影响,探索紫穗槐幼苗对水分胁迫的适应能力,揭示紫穗槐幼苗根系对土壤水分胁迫的响应和调控机制.结果表明:丙二醛含量变化显示当PEG-6000溶液浓度超过50g/L以后,紫穗槐幼苗根的膜系统开始受到损伤,并在PEG-6000溶液浓度达到250g/L受损程度显著增强,达到了对照的1.6倍,同时启动渗透调节作用(游离脯氨酸含量显著增加),达到了对照的3.8倍,在PEG-6000溶液浓度低于200g/L时,紫穗槐幼苗根系中至少没有启动以游离脯氨酸为主的渗透调节过程.可溶性糖和可溶性蛋白质含量及SOD、POD酶活性的变化印证了胞内发生的生理代谢变化,在PEG-6000溶液浓度为200g/L时,可溶性糖含量仅为0.121mg/g,达到最低点,随后上升,当PEG-6000溶液浓度进一步增加到250g/L时,紫穗槐幼苗根系中的可溶性糖含量则迅速回升到0.64mg/g,为对照组的63.37％.可溶性蛋白质含量在低浓度PEG-6000溶液(50g/L)处理下即有明显反应,下降到对照的61.5％,随后呈波动性变化.SOD和POD活性对PEG-6000模拟干旱胁迫的响应规律类似,均对PEG-6000模拟干旱胁迫处理迅速响应且活性增加.当PEG-6000溶液浓度达到50g/L至100g/L时,抗氧化酶的合成量最高,而后活性下降.60d的PEG-6000模拟干旱胁迫处理影响了紫穗槐幼苗根系的生长发育,随着PEG-6000溶液浓度增加,维管柱的直径变大,木质部厚度增大,导管直径变小、但导管密度增加,当PEG-6000溶液浓度达到250g/L时,导管密度比对照组增加了41.3％,木质部厚度比对照组增加了91.5％.以上结果表明,PEG-6000模拟干旱胁迫处理下,不同胁迫程度紫穗槐内部生理和根系解剖结构变化不同,通过改变自身生理代谢和根系内部解剖结构,以适应土壤水分胁迫的逆境条件,来满足自身生长和发育的需求平衡.