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.

核桃和刺梨是西南山区栽培的2种重要乔灌果树,二者在该区域存在复合种植.本研究以贵州地区具有代表性的核桃('黔核7号')/刺梨('贵农5号')复合种植模式为对象,研究了复合种植7年时刺梨的生长、产量、果实品质、光合作用及土壤肥力等情况.结果表明:与单一种植模式相比,复合种植中刺梨叶片光合色素含量和光合速率显著降低;刺梨长势和产量显著下降,其中产量下降高达77.7％;刺梨的果实品质有所提升,果实中抗坏血酸(Vc)、总酚、糖类物质以及钾、钙、镁、铁、锰、锌等含量显著提高,其中果实Vc和锰含量分别提高34.1％和64.1％.复合种植刺梨土壤中全氮、有效态氮和有效态钾含量分别提高45.8％、34.8％和67.8％;土壤微生物数量和功能菌数量也明显增多,其中细菌和真菌的增幅均达36.0％以上,钾细菌和固氮菌分别提高71.3％和124.8％;土壤有机质、碳氮比、全磷、全钾及有效态矿质养分(磷、钙、镁、铁、锰、铜、锌)含量下降;除土壤脲酶和过氧化氢酶活性提高外,其余土壤酶(蔗糖酶、纤维素酶、蛋白酶、磷酸酶)活性都显著降低.综上,在核桃/刺梨复合种植林中,随着核桃植株的不断生长,其对刺梨存在明显的遮阴和土壤肥力竞争,从而影响了刺梨产量,但对刺梨果实品质存在一定的改善作用.

以西南地区具有代表性的16种绿肥植物为受体材料,采用培养皿药膜法研究了铁核桃(Juglans sigillata)根水浸提液对受体种子发芽率及幼苗鲜重、干重的化感效应;并进一步研究了铁核桃根、叶水浸提液和胡桃醌对化感效应存在明显差异的4种绿肥植物(绿豆、红三叶、白三叶、花生)种子萌发与幼苗生长以及抗氧化酶特性的影响,以筛选适宜中国西南地区核桃园种植的绿肥植物,探讨核桃根和凋落物对绿肥作物的化感作用机制.结果表明:(1)铁核桃根水浸提液对绿豆的发芽率没有影响,但对绿豆幼苗鲜重和干重有显著抑制作用,而对其他15种绿肥的发芽率和鲜重、干重均有抑制作用.(2)胡桃醌显著抑制绿豆种子萌发,而铁核桃根或叶水浸提液对绿豆种子萌发没有影响.(3)铁核桃根或叶水浸提液以及胡桃醌对绿肥植物幼苗生长的化感效应趋势一致,但核桃根或叶水浸提液的化感效应强于胡桃醌.(4)绿豆幼苗在铁核桃根或叶水浸提液以及胡桃醌处理下,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)的活性均高于其他3种(红三叶、白三叶、花生)受体幼苗,表明绿豆清除活性氧能力高,细胞受损害程度较低,受化感作用影响最弱.研究认为,绿豆为适宜中国西南地区幼龄核桃园种植的间作绿肥植物.

以铁核桃‘黔核7号’叶片为试材,研究了叶片发育过程中多酚含量、多酚代谢相关酶活性、抗氧化能力变化以及它们之间的调控关系.结果 表明:(1)‘黔核7号’叶片中酚酸和黄酮类物质是主要的抗氧化多酚;DAPHS、PAL、C4H和4CL等4种酶在多酚合成中发挥着重要作用;而叶片发育后期多酚分解代谢相关酶(POD,PPO)活性较高,且PPO在多酚氧化中起主要作用.(2)叶片发育进程中,叶片多酚提取液对ABTS及DPPH自由基清除能力总体表现为降低趋势,而对FRAP和铁氰化钾还原能力(PFRAP)则表现为上升趋势.(3)叶片发育进程中,其酚酸含量与PAL和C4H活性呈显著正相关关系,与DAPHS活性的正相关性也较高;PPO活性与酚酸及黄酮类化合物含量呈显著负相关关系.(4)叶片酚酸含量与4种抗氧化能力指标的相关性均达到显著或极显著水平,合成酶中的PAL、C4H和CHI活性与抗氧化能力指标之间的相关性也强于其他酶,其中与ABTS及DPPH自由基清除能力呈正相关关系,与FRAP和PFRAP呈负相关关系;而氧化酶PPO和POD活性与ABTS及DPPH自由基清除能力呈负相关关系,与FRAP和PFRAP呈正相关关系.

以铁核桃(Juglans sigillata)'黔核6号'为试材,研究果实发育过程中完全遮光对核桃青皮酚类物质组分、含量及其合成关键酶基因表达及相关酶活性的影响规律.结果 表明:完全遮光显著降低了核桃青皮中总酚、总黄酮以及单体酚没食子酸、对香豆酸、丁香酸、儿茶素等的含量,阻断了咖啡酸、阿魏酸的合成,却明显提高了胡桃醌的含量.同时遮光显著下调了酚类物质合成相关酶基因表达量,相关酶活性变化与基因表达规律一致,遮光对果实发育初期的酚类物质含量、合成酶基因表达量及酶活性影响最为明显.相关性分析发现酚类物质含量与苯丙氨酸解氨酶(PAL)、肉桂酸-4-羟化酶(C4H)、黄烷酮-3-羟化酶(F3H)、黄酮醇合酶(FLS)、糖苷转移酶(UGT)关系密切,酚酸类与PAL酶活呈极显著正相关,黄酮类与JsC4H、JsFLS基因表达及F3H酶活性呈显著正相关,而萘醌类与JsC4H、JsF3H基因表达及UGT酶活呈显著负相关.由此可见,光照是影响核桃青皮酚类物质合成的重要环境因素,可通过调控酚类合成代谢途径中关键酶基因表达及酶活性来影响多酚物质合成与积累.