背景 急性肺损伤是临床常见急危重症,其核心病理特征是气血屏障的破坏,目前对肺损伤中气血屏障结构及功能改变进行活体评估的研究甚少.目的 使用共聚焦激光显微内镜实现大鼠肺的在体可视化成像和海水淹溺肺损伤大鼠肺通透性的实时动态活体评估.方法 10只SD大鼠随机分为对照组和海水淹溺(seawater drowning,SW)组,每组 5只;SW组通过气管滴注人工海水建立海水淹溺肺损伤模型,造模后 3h进行肺活体观察窗开窗手术,4 h时经股静脉推注0.2 mL异硫氰酸荧光素-葡聚糖(10 mg/mL);对照组不进行海水滴注,其余操作同SW组.使用共聚焦激光显微内镜对右肺下叶进行 30 min活体观察,对成像 0 min、10 min、20 min、30 min时的共聚焦图像进行染料渗漏指数及荧光分布均匀程度的分析;成像结束后处死大鼠,取肺组织、外周血及肺泡灌洗液,进行组织病理学检查、FITC-Dextran渗漏量检测、肺泡灌洗液蛋白含量检测及肺组织湿/干比测定.结果 经静脉给予FITC-Dextran后,共聚焦激光显微内镜下可观察到肺微循环和肺泡结构的实时图像;对照组血管及肺泡结构较清晰,未出现血管外空间荧光强度的明显增加,而SW组血管结构随时间推移逐渐模糊,各时间点SW组的渗漏指数均高于对照组(P＜0.05),10 min、20 min、30 min时荧光分布的变异系数均低于对照组(P＜0.05);SW组的染料渗漏量、肺泡灌洗液蛋白含量及肺组织湿/干比均高于对照组(P＜0.05).结论 海水淹溺造成大鼠肺组织结构破坏,肺通透性增加;利用共聚焦激光显微内镜可实现大鼠肺组织结构的在体可视化成像,通过对共聚焦图像的定量分析,还可实现大鼠气血屏障通透性的实时活体评估.

植物功能性状能表征其对资源的利用能力和对外界环境的响应,而水淹强度的不同使得三峡库区消落带不同高程的生境存在较大差异,因此开展不同水淹梯度下消落带植物群落生态策略及功能性状差异的研究,对全面理解植物对消落带不同生境的适应机理具有重要意义.研究选取受三峡水库水位变化影响的澎溪河流域,沿高程梯度对不同水淹强度下的植物群落及其功能性状指标进行分析.结果表明:(1)消落带植物群落处于演替的初级阶段,不同水淹梯度下的植物群落存在显著分化;(2)环境胁迫是决定消落带植物生态策略的主要因素,总体呈现较为集中的耐压策略,随着高程升高有逐渐向杂草策略转移的趋势;(3)随着高程升高,植物的高度、主茎干物质量、比根长及叶组织密度都有增大的趋势,比叶面积则相反.(4)各功能性状之间存在显著相关性,并通过形成不同的性状组合以适应不同强度水淹干扰的生境.消落带下部更倾向于投资于叶片使植物在出露期能快速获取资源和完成生活史,而消落带上部则更倾向于投资防御组织及根系以抵御干旱,研究结果可为消落带生物多样性保护及其生态系统修复提供理论依据.

红树林是生长在热带、亚热带海湾河口潮间带的受到周期性海水淹浸的木本植物群落,红树植物如何适应潮间带环境、实现多物种分离共存一直是研究的热点.生态位理论是解释群落物种共存的重要理论和方法之一,而幼苗是种群更新的基础.因此,本研究选取海南岛分布较广的6种红树植物幼苗,通过人工控制海水盐度、淹没时间和光照强度模拟不同的潮间带环境,构建了一个微型的红树林小群落.通过测定这6种幼苗在不同控制环境中的净光合速率,统计分析幼苗在海水盐度、淹水时间和光照强度3种资源条件下的生态位宽度、生态位重叠和生态位偏离程度,尝试阐述红树植物在潮间带中分离共存的机制.结果表明:在淹水方面,6种幼苗的生态位宽度最大的为白骨壤(Avicennia marina)(0.956),角果木(Ceriops tagal)(0.906)最小;白骨壤、桐花树(Aegiceras corniculatum)和红海榄(Rhizophora stylosa)的生态位重叠度较高,秋茄(Kandelia obovata)、海莲(Bruguiera sexangula)和角果木的生态位重叠度较高.生态位分离程度反映出在理论生态位中心是12 h/d的物种中,白骨壤(0.698)适应淹水的范围较大,在理论生态位中心是8 h/d的物种中秋茄(0.185)适应淹水的范围较大,在理论生态位中心是4 h/d的物种中海莲(0.115)适应淹水的范围较大.在盐度资源方面,生态位宽度最大的为白骨壤(0.987),秋茄(0.496)最小;白骨壤、桐花树和红海榄的生态位重叠度高,海莲和角果木的生态位重叠度高,秋茄与其他物种的生态位重叠度均不高.生态位分离程度反映出理论生态中心为20的物种中白骨壤(4.357)适应盐度的范围较大,理论生态位中心是10的物种中角果木(10.594)适应盐度的范围较大.在光照资源方面,生态位宽度最大的为角果木(0.995),白骨壤(0.828)最小;6种红树植物的生态位重叠度均较高;生态位分离程度反映出理论生态中心为100％光照的物种中红海榄(23.138)适应光照的范围较大,理论生态位中心是80％光照的物种中角果木(12.522)适应光照的范围较大.结合各物种在淹水、盐度和光照资源上的生态位分析,可以看出它们在淹水和盐度资源上的生态位分化相对较早且明显,各物种占据不同的淹水和盐度生态位,生态位重叠程度相对较低,对淹水和盐度资源的竞争较弱,进而实现在潮间带中的分离共存;而在光照资源上的生态位分化相对较晚且不明显,多数为阳生植物,生态位重叠程度较高,对光照的竞争相对较强.

为探究三峡库区消落带原位人工种植的池杉(Taxodium ascendens)和落羽杉(Taxodium distichum)在该特殊生境下的适应机制,设置了浅淹(SS,海拔175m,对照)、中度水淹(MS,海拔170m)和深度水淹(DS,海拔165m)3个水淹处理组,测定了两树种在连续4个周期性水淹处理后的光合响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型进行拟合,比较各模型拟合结果差异并选出最优模型,通过最优模型来分析水淹后落干期两树种的光合生理变化.结果表明:(1)不同模型间的光响应曲线拟合结果存在差异(P＜0.05).综合分析可知,4种模型中,指数模型是拟合两树种光响应曲线的最优模型,更符合植物的生理学意义.(2)两树种的光响应曲线有相似的变化规律,光合速率(Pn)的表现均为DS组＞MS组＞SS组.(3)中度水淹和深度水淹两树种的最大净光合速率(Pnmax)、表观量子效率(α)、光饱和点(LSP)均高于浅淹,而光补偿点(LCP)则显著降低.以上结果说明落干生长期两树种对强光和弱光的利用能力增强,水淹对两树种的光合潜力有一定的促进作用,这可能与其遭受水淹胁迫后的自我调节能力和光合补偿机制有关.由此表明,当生境发生不良变化时,植物的适应性变化往往表现为沿着有利于光合作用最大化的方向发展.

为探究三峡库区消落带水位变化下落羽杉根系有机酸和非结构性碳水化合物(NSC)的响应特征,以适生木本植物落羽杉为对象,在消落带原位环境中设置对照-SS(海拔175 m,试验期间无水淹)、MS(海拔170 m,中度水淹胁迫)和DS(海拔165 m,深度水淹胁迫)3个处理,分别于海拔170 m和165 m退水时采集样品,测定并分析根系有机酸和NSC的变化.结果表明:(1)库区水淹对落羽杉基径无显著影响,仅有DS组明显抑制了高生长,落羽杉生长能较积极地响应库区水淹.(2)库区水淹对落羽杉侧根和总根有机酸的影响一致,侧根有机酸代谢作用优于主根.与SS组相比,MS组根系有机酸含量增高,DS组根系有机酸含量降低,除部分根系酒石酸、苹果酸、柠檬酸变化达到显著水平外,其余有机酸均无显著变化.(3)库区不同强度水淹对落羽杉根系NSC有不同程度的影响.与SS组相比,MS组可溶性糖无显著变化,淀粉、NSC含量显著增加,但总根NSC在水淹前与水淹后无明显差异;形成鲜明对比的是,DS组显著降低了可溶性糖、NSC含量,对淀粉无显著影响,且水淹后总根NSC显著低于水淹前.(4)相关分析表明,主根、总根草酸、苹果酸、柠檬酸及侧根、总根莽草酸分别与淀粉、NSC间表现出显著相关性(P＜0.05).研究结果表明,在三峡库区消落带水淹胁迫下,落羽杉根系有机酸与NSC代谢联系紧密.通过维持一定的根系淀粉含量,保持植株正常的有机酸代谢水平,较好地适应三峡库区消落带生境.

乌兰布和沙漠东北缘固定-半固定流动沙地被黄河分洪区划分为:消落带水淹区段和未淹区段以及原生植被(对照)样带,通过萌发法对3个区段实地采样的土壤种子库物种组成、数量和分布特征进行分析,以探讨黄河分洪区消落带内土壤种子库对地上植被形成的保障能力和未来植物群落结构演替趋势,为黄河分洪区地表植被的恢复与重建提供理论依据.结果表明:(1)3个区段土壤种子库储量存在显著差异,种子库密度未淹区段(733粒·m-2)＞对照样带(609粒·m-2)＞水淹区段(176粒·m-2).(2)随着土层深度的增加,土壤种子库密度呈现下降趋势;随着水淹干扰强度、水淹时间和水淹频率的增加,表层0～5 cm土壤种子库密度呈减小的趋势.(3)水淹区段土壤种子库物种分属4科10属10种,未淹区段分属5科14属14种,对照样带分属5科15属15种;其中藜科、禾本科为优势科,且3个区段土壤种子库均以一年生、多年生草本植物为主,表明种子库对地表植物群落的灌木层片的繁衍、更新和演替的贡献率很小.(4)与对照样带相比,水淹区段土壤种子库的Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数均显著降低,但未淹区段表现出了升高的趋势,且水淹区段和未淹区段相似性指数最大.

立柳因良好的耐淹性常被用于三峡库区消落带的植被重建.为探讨立柳如何通过营养元素的积累和分配来适应库区消落带冬季水淹,于2015年5月对三峡库区消落带植被修复示范基地内3个采样带(175 m,170 m和165 m)中立柳的生长状况以及叶、枝条和根的营养元素含量特征进行分析.结果 表明:(1)经过3个水淹周期后,随着水淹强度的增加,立柳的株高、基径和冠幅均受到一定的抑制;但与种植初期相比,3个采样带中立柳的株高、基径和冠幅均显著增加,且生长状态良好.(2)立柳各器官中营养元素含量均处于正常水平,但水淹抑制了根中N、P的积累,促进了Fe和Mn的积累;水淹显著降低了海拔165m处立柳叶和枝条中Ca含量、枝条和根中Cu和Zn的含量.(3)水淹胁迫导致N、P、K、Mg元素更多地在叶中积累,而Cu和Zn在枝条中大量积累,这有利于退水后植株的光合合成以及恢复生长;Fe、Mn元素在根中大量积累,其对根系正常生理可能造成的干扰值得进一步关注.研究表明,在不同的水淹胁迫梯度下,立柳可针对性地调整其营养元素积累和分配方式,保持植株正常的生长状态,对维护三峡库区消落带生态系统的正常结构和功能具有重要作用.但在库区消落带植被恢复和重建工作中,需加强170 m以下海拔区域立柳生长的监测和研究.

为探究河岸带植物的耐淹机理其及生存策略,选择乐安河河岸带优势种丁香蓼(Ludwigia prostrata Roxb.)为试验材料,设置全淹(FULL)组、半淹(HALF)组、浸润(INF)组和对照(CK)组等4种不同水分条件进行室内培养,分析不同水淹时间内丁香蓼的叶片叶绿素、抗逆酶活性指标(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT、过氧化物酶POD)、渗透调节物质(可溶性蛋白、可溶性糖)和丙二醛(Malondialdehyde,MDA)等生理生化指标的变化.结果显示,随着水淹强度的增加,丁香蓼植株受胁迫的伤害逐渐增大;水淹处理28 d后,浸润处理丁香蓼依然生长良好,全淹条件下的丁香蓼植株全部死亡.短时间的浸润处理和半淹处理对丁香蓼叶绿素总量无显著影响,但长时间水淹胁迫下的叶绿素总量均显著低于同期对照组(P＜0.05).水淹胁迫下,丁香蓼叶片的SOD、POD和CAT活性随水淹时间的延长总体呈先升高后下降的趋势,而浸润组的CAT活性呈上升趋势,并在水淹28 d后与对照相比显著(P＜0.05)升高41.6％.水淹处理能显著提高丁香蓼叶片的渗透调节物质的含量与MDA含量,且各指标随着水淹胁迫时间的延长呈先升高后下降趋势;在水淹胁迫21 d后,浸润组的可溶性蛋白、可溶性糖及MDA含量较CK组分别降低52.9％、25.9％及6.5％.上述研究结果表明丁香蓼能通过增加保护酶活性和渗透调节物质含量以适应水淹环境,是一种具有较强耐淹能力的物种;但高强度、长时间的水淹胁迫仍对其生长造成显著伤害.

人工水库修建引发的差异性水文节律是决定消落区植被群落格局的主要因素,高强度水淹环境中水淹胁迫是影响植被的重要因子而低强度水淹环境中物种竞争是影响植被的重要因子.为了探究差异性水淹环境中三峡水库消落区植物的水淹耐受能力及光资源竞争能力(植物株高)对植被群落分布格局的影响,对三峡水库典型消落区不同水淹强度下生长的植被进行了研究,结果表明:(1)典型消落区调查共发现有植物41种,其中高耐淹低竞争能力型植物4种,其生物量在所有物种生物量中的占比达70.99％,低耐淹高竞争能力型植物23种,其生物量占比为28.02％,低耐淹低竞争能力型植物14种,生物量占比不足1％,消落区内无高耐淹高竞争能力型植物物种分布;(2)高耐淹低竞争能力型植物在水淹强度大的消落区区域占优,低耐淹高竞争能力型植物在植物物种竞争压力大的消落区区域占据主导,低耐淹低竞争能力型植物在消落区中仅有零星分布;(3)消落区植被生物量格局随着高程增加呈现出先增加后减少的趋势.研究差异性水淹环境对三峡水库消落区植被分布的影响,可以为深入理解消落区植被分布格局的形成机制和大型水库消落区植被恢复与重建提供理论依据.

为探究三峡库区消落带消落期池杉(Taxodium ascendens Brongn.,1833)及其实生土壤C、N、P生态化学计量特征,于2018年7月对忠县消落带植被修复示范基地3个水淹处理(DS、MS、SS)池杉幼林不同组分(枝条、叶片、根系和土壤)的C、N、P三种元素含量及其化学计量比进行测定分析.结果 表明:(1)随着水淹时间和强度的增加,池杉株高、冠幅、基径和胸径均受到一定的抑制,但总体生长良好,与其稳定的化学计量比关系紧密.(2)不同水淹处理组的池杉枝条、叶片中C、N、P含量及其比值分别均无显著性差异(P＞0.05).同一水淹处理组的N、P含量表现为叶片＞根系＞枝条＞土壤;除枝条P含量外,其他器官组分C、N、P含量均显著高于土壤组分(P＜0.05).(3)池杉各器官N/P比值均远低于临界比率(＜14),表明池杉的生长可能受N元素限制较为严重.(4)池杉与实生土壤的C、N、P元素内稳性整体表现为P＞C＞N,比值内稳性表现为C/N＞N/P＞C/P,地上部分(枝条、叶片)C、N、P元素及其比值的稳定性较地下部分(根系)强.(5)冗余分析(RDA)结果表明池杉生态化学计量特征及生长指标与土壤性质密切相关.研究表明,在三峡库区消落带水文多变的环境下,池杉能够有效维持体内化学计量的平衡以响应不同的水淹强度,并且生长良好,是三峡库区消落带植被恢复与重建的优势树种.