研究人工控水模拟干旱胁迫条件下6个东方铁筷子品种的生理和叶片解剖结构的变化特征,并利用隶属函数法对其抗旱性进行评价,筛选出与抗旱性关联较大的生理及叶片解剖结构指标.结果表明:随着干旱胁迫程度增加,6个东方铁筷子品种的叶片厚度、单位质量叶面积和可溶性蛋白水平显著下降,净光合速率、气孔导度和蒸腾速率均先上升后降低,胞间CO2浓度下降,叶片相对电导率、丙二醛和过氧化氢含量均升高,可溶性糖、脯氨酸含量和抗氧化酶活性均先升高后降低.随着干旱胁迫程度增加,栅栏组织厚度与海绵组织厚度比以及气孔密度均增加.脯氨酸、可溶性糖、栅栏组织厚度与海绵组织厚度比等指标与抗旱性关系密切,可作为评价东方铁筷子抗旱性的重要指标.'银莲花红'和'银莲花红斑'抗旱能力优异,可为未来的抗旱新品种培育提供优良亲本材料.

羰基硫(COS)是大气中的长周期痕量气体,其分子结构、对流层大气混合比的昼夜和季节动态类似于二氧化碳(CO2).植物光合作用及其水解过程中,受扩散通路导度和酶活性影响,气孔的COS与CO2吸收紧密相关,同时,植物自养呼吸并不释放COS.最新研究中,采用植被COS通量直接指示生态系统总初级生产力(GPP).综述了植被COS通量与光合作用中碳固定过程的关联机制,以及采用涡度相关观测、整合大气COS监测和生态系统过程模型等方法开展植被COS通量与GPP研究的最新进展,探讨了关键生态过程和参数,发现方法存在以下瓶颈:(1)生理过程、尺度效应和解析效应影响了COS与CO2的叶片相对吸收率,(2)观测与模拟手段有待进一步耦合,(3)全球COS观测密度限制了方法验证,(4)硫循环过程影响了多区域模拟精度.方法发展的前沿领域包括:(1)开展重点地区植被COS通量观测,(2)提高COS卫星柱浓度的覆盖范围,(3)完善生态系统过程模型的COS吸收机理.展望未来研究关注的科学问题是:对于亚热带等尚待开展COS连续观测的区域,采用植被COS通量直接代理GPP的精度和不确定性.

采用盆栽控水法模拟干旱胁迫,以垂丝海棠(Malus halliana)、新疆野苹果(M.sieversii)、山定子(M.bac-cata)3种苹果砧木为试验材料,测定了叶片相对含水量(RWC)、水分利用效率(WUE)、光合参数,观察了叶绿体超微结构及根、茎、叶解剖结构,并采用相关性及主成分分析对砧木抗旱能力进行了综合评价.结果表明,与对照相比,干旱胁迫下,3种苹果砧木的RWC、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)均下降,而WUE增加;3种砧木的叶绿体超微结构及解剖结构均受到不同程度的干旱伤害,但垂丝海棠的损伤最小,较好地保持细胞结构的完整性;植株的抗旱性与Gs、Tr、栅栏组织厚度、叶片厚度、下表皮厚度、根直径、韧皮部厚度均呈显著正相关,与Ci呈显著负相关;主成分分析提取的2个主成分反映了原变量100％的信息.综合评价3种苹果砧木的抗旱能力依次为:垂丝海棠>新疆野苹果>山定子;同时,RWC、Gs、Tr、栅栏组织厚度、叶片厚度、下表皮厚度、根直径、韧皮部厚度、Ci可作为评价抗旱性的有效指标.

研究品种之间群体耗水特性的差异及其关键影响因素,为品种耗水特性评价与低耗水品种鉴选方法提供依据.选用水分亏缺条件下产量差异不显著,但耗水量差异极显著的冬小麦品种晋麦47和京41 1及其15个近等基因系为实验材料.利用防雨池和防雨棚开展实验,模拟水分亏缺条件.监测全生育期土壤水分含量,计算总耗水量,收获后测定籽粒产量,计算水分利用效率(WUE).同时,分别在拔节-孕穗期、抽穗-开花期和灌浆期3个不同生育期监测冠层-大气温度差值(CTD)、叶片蒸腾速率和气孔导度.结果表明,3个不同生育期,15个近等基因系及其亲本之间,CTD均达到显著差异.CTD的方差分析表明,基因型和年份均对不同生育期的CTD有显著影响,但是二者之间仅在抽穗-开花期存在互作(P=0.0002).15个近等基因系及其亲本之间耗水量存在显著差异,产量没有显著差异.源于耗水量的差异,部分品种/系之间WUE达显著差异.3个不同生育期,15个近等基因系及其亲本之间,CTD与总耗水量均呈极显著负相关关系.抽穗-开花期最高,2012-2013年度和2016-2017年度分别达到0.7042和0.6095.叶片蒸腾速率和气孔导度与群体总耗水量之间相关性很弱,3个生育期均未达到显著水平.对该组近等基因系材料,影响群体总耗水量的关键因素不是叶片蒸腾生理特性,而是群体冠层生长特性.表明构建合理的群体冠层结构不仅是获得高产的途经,而且是调控群体总耗水量,提高品种水分利用效率的重要途径.

对初中生物学教材中没有实验要求的内容用“结构模拟法”“功能模拟法”“现象模拟法”“过程模拟法”组织模拟实验.通过对江苏省初中生物学优质课评比“气孔开闭原理”3例案例分析,发现模拟实验的特点与原则.

苏科版初中生物学教材多处提及叶片的气孔,例如植物的光合作用、呼吸作用和蒸腾作用等都离不开叶片的气孔.本文从气孔标本的制作、气孔结构的模拟及吹气法检验气孔3个方面,让学生感知肉眼看不见也摸不着的气孔.

以红枝蒲桃(Syzygium rehderianum)、海南红豆(Ormosia pinnata)、红锥(Castanopsis hystrix)和木荷(Schima superba)4种南亚热带常绿阔叶林典型树种为研究对象,采用红外-箱式增温的方法,研究4个树种叶片气孔性状(表征气孔调节能力)、叶片解剖结构(表征叶片组织调节能力)和光合特征(表征养分维持能力)对增温的响应情况,比较不同树种在增温背景下的生理生态适应能力,为预测该地区森林植物在全球变暖情形下的生长变化趋势提供理论依据.结果 表明:增温后,红枝蒲桃叶片海绵组织厚度减小,且光合氮利用效率(PNUE)和光合磷利用效率(PPUE)降低;海南红豆气孔导度增大、气孔密度减小以及叶片厚度和栅栏组织厚度减小,同时光合速率、PNUE和PPUE升高;红锥气孔大小缩小,但光合速率不变;木荷气孔增大而密度减小,栅栏组织厚度减小,光合速率、PNUE和PPUE降低.综上所述,红枝蒲桃、海南红豆和木荷能够通过降低叶片厚度来适应高温环境,不同物种的气孔调节、养分维持、光合速率和光合养分利用效率对增温的响应存在差异.增温有利于固氮植物海南红豆的生长,但不利于传统优势树种木荷和红枝蒲桃的生长.因此,在未来气候变暖的情况下,固氮植物海南红豆由于具有较强的适应能力,在南亚热带常绿阔叶林中可能会取代木荷和红枝蒲桃等成为新的优势树种.

陆地生态系统碳、水通量估算是地球系统科学研究的基础和重要内容之一.当前部分碳、水通量模型在外推的过程中受到参数化结构和特征参数的限制,难以提升应用范围和结果精度.以生态水文最优性原理为理论工具,将基于该原理构建的C3植物普适性生产力模型P model推广至C4植物;在此基础上结合植物气孔行为的环境响应规律和水碳耦合原理,发展具有普适性的碳水通量耦合估算方法,协同计算我国总初级生产力(GPP,Gross Primary Production)和蒸散(ET,Evapotranspiration).基于ChinaFLUX数据集的站点尺度验证结果表明,基于P model发展的的GPP和ET普适性估算方法精度表现良好:GPP估算结果与地面观测相比,相关系数R2=0.61,均方根误差RMSE=2.1gC/d,拟合斜率0.96;ET估算结果相关系数R2=0.66,RMSE=0.85mm/d,拟合斜率1.04.基于Google Earth Engine云平台实现了全国尺度GPP和ET计算,模拟结果与遥感太阳诱导叶绿素荧光观测、同类ET产品相比具有合理的空间分布,表明基于最优性原理构建的普适性碳水通量耦合估算模型在空间拓展的过程中稳定可靠.此外,与传统参数化导度模型的环境敏感性对比分析表明,采用的普适性通量计算方案能够在无法获取准确土地覆被信息或模型训练样本不足的情况下取得稳定的计算结果,具有良好的应用和发展前景.