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.

多态型果实或种子的出现对植物种群的扩散具有重要的意义.绒毛白蜡(Fraxinus velutina)的果实具有二态型特征,主要表现在果翅数量上不同,分别定义为二翅型和三翅型果实,为了比较两类果实在风传扩散时的差异,研究了两类果实的形态、果翅结构和扩散距离及扩散时长.在大型封闭地下室内,以电扇在不同速度档位产生的气流作为风源,分别从2、1.5、1m处手动释放果实,对风速为0、4.6、6.5、7.3m/s时的果实扩散距离及扩散时长进行了比较;并在此基础上对果实的形态特征与扩散特征进行了线性相关分析.结果表明:在同一高度及相同风速下,三翅型果实的水平扩散距离都极显著的大于二翅型,但其相应的扩散时长都小于二翅型.在相同情况下,三翅型的果实沉降速度显著高于二翅型.两类果实随着释放高度的增加,其扩散距离和扩散时长都相应的增加;随着风速的升高,其扩散距离及扩散时长都相应的增加.三翅型果实质量显著高于二翅型,相反,三翅型果翅长与宽都显著小于二翅型.两种翅型的果翅细胞结构都一样,细胞内部都呈现气囊状,果翅表面沿纵轴方向有流线型的纵棱.通过直线相关分析发现,翅型是对扩散距离和扩散时长影响最显著的形态特征;与果实释放高度相比,风速是影响绒毛白蜡果实扩散距离与扩散时长最显著的环境因素.绒毛白蜡三翅型果实比二翅型果实传播的远,关键在于其具有三翅,三翅对阵风瞬间响应,使得沉降速度较二翅型高,可以在瞬时风的作用下,快速传播到较远的距离.三翅型与二翅型在扩散方式上的结合增强了绒毛白蜡的生存与定殖机会.

[目的]构建绒毛白蜡FvNCED3基因的植物过表达载体并对其基因功能进行分析.[方法]采用双酶切法将绒毛白蜡FvNCED3基因插入pROKⅡ载体中,构建pROKⅡ-FvNCED3植物表达载体;浸花法转化拟南芥,抗性种子经Kan筛选后进行PCR检测;测定不同盐浓度培养基中转基因幼苗和对照植株的鲜重与根长,鉴定其基因功能.[结果]双酶切重组质粒得到1 823 bp的目的片段,表明成功构建pROKⅡ-FvNCED3植物表达载体;转基因种子经50mg/L Kan筛选培养6d时效果最好,转化率达4.97‰.耐盐性分析表明,盐胁迫下,转基因株系根长显著长于对照,且盐浓度为100 mmol/L、150 mmol/L时,其鲜重分别为对照的1.43倍、2.06倍.[结论]成功构建pROKⅡ-FvNCED3植物表达载体,经PCR证明FvNCED3基因整合到植物基因组中.转基因后代的耐盐性分析初步表明FvNCED3基因具有增强植物耐盐性的功能.

以1年半生绒毛白蜡、美国红梣、美国白梣和中国白蜡实生苗为材料,进行为期28 d的水培试验,通过测定4种NaC1浓度(0、40、80、120 mmol/L)处理下其形态、生长量、膜透性、抗氧化酶系统、叶绿素含量以及光合参数等指标的变化特征,并通过相关分析、主成分分析和隶属函数法对4种白蜡进行了综合耐盐性分析与评价,以明确盐胁迫条件下4种白蜡植物的生理响应特征及其耐盐性差异,为盐碱地绿化树种筛选提供科学依据.结果 表明:(1)盐胁迫条件下,4种植物形态特征受到不同程度影响,相对株高生长量都受到抑制;叶片膜透性和丙二醛含量随盐浓度的增加而增加,而叶绿素含量随盐浓度的增加而减少.(2)不同盐浓度处理下,4个白蜡植物叶片过氧化物酶活性呈先上升后下降的变化趋势,其峰值出现在40或80 mmol·L-1NaCl,超氧化物歧化酶活性变化规律不完全相同;随着NaCl浓度的增加,4种白蜡树种叶片的平均净光合速率都呈现下降的趋势,但绒毛白蜡升降趋势较平缓,胞间CO2浓度、气孔L导度和蒸腾速率变化没有明显的规律性.(3)耐盐性综合评价结果显示,4种白蜡树种的耐盐性大小为绒毛白蜡＞美国白梣＞美国红梣＞中国白蜡,这与盐害形态症状表现的结果排序相一致.研究发现,4种白蜡树种在盐胁迫下的生长、生理响应明显不同,耐盐性存在明显差异;绒毛白蜡和美国白梣在盐胁迫下的抗氧化酶活性更强,光合能力和生长受到的影响更小,具有更优异的耐盐能力,可优先作为中国沿海地区盐碱地造林绿化树种或抗逆育种的主要试验材料.

研究水曲柳(Fraxinus mandshurica)×大叶白蜡(Fraxinus rhynchophylla)、水曲柳×小叶白蜡(Fraxinussogdiana)和水曲柳×绒毛白蜡(Fraxinus velutina)的3个杂交组合与母本自由授粉子代木质素含量的遗传变异及FmPAL核苷酸多态性相关性,为水曲柳遗传育种和定向改良奠定基础.以东北林业大学帽儿山林场白蜡属种间杂交组合及母本自由授粉子代共176个无性系的水曲柳当年新生枝为材料,测定木质素的含量,进行木质素含量差异、变异参数及均值比较分析,并对木质素及其合成相关基因PAL进行分子水平的联合分析.结果表明:白蜡属各杂交组合间木质素含量差异极显著,各杂交组的木质素含量均与母本自由授粉子代水曲柳差异显著.其中大多数杂交子代水曲柳的木质素含量高于母本水曲柳木质素平均含量.本研究中的水曲柳群体的PAL基因单倍体多样性值达到了 0.999 7,属高水平,证实了 FmPAL基因具有较高的变异,且存在3个单核苷酸多态性(SNP)位点与木质素含量显著相关.主要结论:水曲柳各杂交组合的木质素含量存在显著性差异,Fm-PAL基因中SNP位点与木质素含量显著相关.