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.

磷是植物生长发育不可或缺的营养元素之一,正磷酸盐(P)在土壤中含量丰富,但由于土壤的固定作用,其中能被植物吸收利用的有效磷含量并不高,提高植物对土壤磷的吸收利用能力,或优化磷肥施用,己成为亟待解决的问题.土壤中亚磷酸盐(PH)的含量仅次于正磷酸盐,其具有更高的溶解度,可在植物木质部与韧皮部之间进行双向运输,不易被土壤固定,但亚磷酸盐作为磷肥替代正磷酸盐和选育耐亚磷酸盐作物品种的研究鲜有报道.基于此,该研究选取5份引进的马铃薯(Solanum tuberosum)品种和1个商业品种青薯9号(QS9)为实验材料,经驯化炼苗后直接栽入试验田,设置正常磷肥处理和亚磷酸盐替代处理,测定不同品种的表型、光合作用效率和干物质等指标,以各单项耐亚磷酸盐系数(PTC)为衡量依据,利用主成分分析等方法对不同马铃薯品种的PH耐性进行综合评价.结果表明,6个马铃薯品种可分为高度耐亚磷酸盐型(C115和D13)、弱耐亚磷酸盐型(C20、C31和QS9)和亚磷酸盐敏感型(C80)3类.该研究评价了不同马铃薯品种对亚磷酸盐的耐受性,旨在为马铃薯耐亚磷酸盐品种选育和亚磷酸盐新型肥料开发提供科学依据.

目的 探讨日本落叶松根际土壤水浸提液对林下山参的化感作用,为提高林下山参道地药材的品质以及规范化栽培与选址提供参考.方法 研究了3种不同浓度(0.25、0.05、0.01 g·mL-1)的日本落叶松根际土壤水浸提液对林下山参种子萌发(发芽率、发芽势、发芽指数)、3年生林下山参显微性状(主根木质部、韧皮部、周皮及皮层)、人参皂苷含量[人参皂苷-Rg1、-Re、-Rf、-Rb1、-Rg2、-Rc、-Rb2、-Rb3、-Rd以及原人参三醇型人参皂苷(PPT)、原人参二醇型人参皂苷(PPD)和9种人参皂苷总量]的影响,结合液质联用技术对化感物质进行分析,并查阅相关文献对化感物质进行筛选.结果 日本落叶松根际土壤水浸提液对林下山参的发芽指标有显著化感抑制作用,且随浓度增加抑制作用增强;化感作用会导致林下山参主根发生腐烂病变、皮层木栓化程度增强;化感作用对人参皂苷含量的积累具有显著促进作用.通过结果分析结合文献查阅,认为根皮素等5种物质可能是日本落叶松对林下山参作用的化感物质.结论 结合上述研究结果,考虑到林下山参苗成活率、药材性状、劳动力成本、农药残留等因素,不建议在日本落叶松纯林下生产高品质林下山参.

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.

随着全球逐渐暖干化,林火不仅驱动着森林生态系统结构和功能的变化,同时也影响树木的生理和生长.林火导致的热损伤引发树木一系列复杂生理响应.揭示火后树木生理的响应机制,对于进一步理解树木碳水关系和火后恢复生长限制,以及提高火后树木死亡预测准确性具有重要指导意义.该文从林火对树木的作用途径和方式着手,基于不同形式林火(树冠火、地表火、地下火)对树木各部分(树冠、树干、根系)造成的损伤,综述了林火对树木生理的直接影响和间接影响,以及火后树木生理与非生物和生物因素的互作关系.热损伤诱导的形成层、韧皮部坏死和木质部水力失衡是火后树木生理的主要响应机制,二者导致的两个生理功能限制——"碳饥饿"和水力失效——严重影响树木的碳水关系,也决定了火后树木是恢复生长还是延迟死亡.火后树木生理机制还与干旱、昆虫攻击和微生物入侵等其他因素密切相关.该文强调了对林火强度的定量分析和对植物组织死亡阈值的准确判断的迫切性,同时提出了探究火后树木生理与功能性状和其他因素的互作关系的必要性.精确评估树木生理机制间关系对于深入理解林火如何影响树木功能完整性极为关键,有助于完善林火风险评估和树木死亡模型预测.在未来气候暖干化驱动的高频、高强度林火发生背景下,对树木生理响应的深刻认识对于更好地研究火后生态系统动态及其与气候因子的相互关系同样具有重要意义.

[目的]明确4个枸杞品种对棉蚜Aphis gossypii的抗性差异,以探明抗虫因子及位点,并筛选抗蚜枸杞品种.[方法]利用刺吸电位图谱(electrical penetration graph,EPG)技术记录棉蚜成蚜在4个枸杞品种(宁杞1号、宁杞5号、宁杞7号和宁杞10号)上的取食行为,并利用室内抗蚜性鉴定和聚类分析相结合的方法对不同枸杞品种对棉蚜成蚜的抗性进行综合评价.[结果]棉蚜成蚜在取食4个枸杞品种时呈现出Np,A,G,B,C,Pd,E和F波8种波形.在棉蚜成蚜的取食过程中,E1总持续时间在宁杞1号上最长,在宁杞5号和宁杞7号上次之,在宁杞10号上最短;E2波持续时间以在宁杞10号上最长,在宁杞1号上最短;F波持续时间在宁杞1号上最长,在宁杞10号上最短,在宁杞5号和宁杞7号上的F波持续时间介于前两者之间,说明宁杞1号的机械抗性较强,而宁杞10号机械抗性较弱.通过抗蚜性的鉴定和聚类分析,将4个枸杞品种归为3类,第Ⅰ类:宁杞1号,为高抗蚜品种;第Ⅱ类:宁杞5号和宁杞7号,为抗蚜品种;第Ⅲ类:宁杞10号,为感蚜品种.[结论]棉蚜在4个枸杞品种上的取食行为存在差异,且4个枸杞品种的抗虫机制和位点也存在差异,宁杞1号在叶表皮、叶肉和韧皮部对棉蚜表现出抗性,抗蚜性最强,为高抗蚜品种;宁杞5号和宁杞7号在叶肉和韧皮部对棉蚜表现出抗性,但抗蚜性较弱,为抗蚜品种;宁杞10号能够被棉蚜长时间刺吸取食,其抗蚜性最弱,为感蚜品种.

茶蚜Toxoptera aurantii Boyer是茶树上的重要害虫之一,深入研究抗蚜特异资源的抗性机理对培育茶树抗蚜品种具有重要意义.课题组前期收集的望谟紫芽茶树优良品系'W016'对茶蚜抗性强,为初步探明该种质的抗蚜特性,利用刺吸电位技术测定了茶蚜在'W016'和黄金芽(感虫品种)上的取食行为,并探明影响茶蚜刺探取食叶片的主要物理性状及生化成分因子.结果表明,茶蚜在两种供试种质上均产生9种EPG波形,依次为非刺探波(np波)、路径波(A波、B波、C波、pd波)、机械阻力波(F波)、木质部吸食波(G波)、韧皮部唾液分泌波(El波)和韧皮部汁液吸食波(E2波).刺探取食过程中,茶蚜在'W016'上的非刺探时间(np波)和C波总持续时间均显著长于黄金芽.二者口针遇到阻力的次数(F波)和总持续时间无差异,但韧皮部吸食汁液(E2波)时间'W016'显著短于黄金芽.茸毛密度、下表皮厚度和栅栏组织厚度是'W016'抗茶蚜取食胁迫的主要物理屏障因子,而咖啡碱和可溶性糖含量为主要生化因子.表明'W016'对茶蚜的取食抗性与其叶片理化性质密切相关.

生漆是一种重要的天然涂料,具有耐热、耐腐蚀和抗酸等优良特性,己广泛应用于各领域.揭示漆树(Toxicodendron vernicifluum)生长过程中生漆代谢物的变化规律是充分挖掘其应用潜力的关键.利用广泛靶向代谢组学技术,通过主成分分析、正交偏最小二乘法判别分析和聚类热图分析等方法,对不同发育阶段(基于割漆时间)漆树的韧皮部汁液进行分析,探讨不同时期漆树生漆中代谢物的差异和变化规律.结果显示,在不同时期生漆中共鉴定出529种代谢物,包括黄酮类、酚酸类、生物碱、鞣质、糖和醇类及脂质等13类.多元统计分析表明,第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ期生漆的代谢特征相似,且与第Ⅰ期存在较大差异.对不同发育时期生漆代谢物进行比较分析,鉴定出92种共同差异代谢物,其中黄酮类化合物主要积累于第Ⅰ期生漆中,而氨基酸及其衍生物、糖和醇类在后期生漆中含量较高.研究结果为全面了解不同时期漆树生漆的代谢特征提供了依据,对漆树资源的开发利用具有重要意义.

为研究多次蒸晒西洋参中皂苷成分变化及其在组织中的空间分布特征,采用超高效液相色谱四极杆飞行时间串联质谱仪(ultra performance liquid chromatography quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry,UPLC-Q-TOF-MS/MS)对西洋参提取液进行检测和鉴定.采用基质辅助激光解吸电离质谱成像(matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging,MALDI-MSI)对西洋参中原型皂苷及其代谢产物的空间分布和时空变化进行可视化分析.UPLC结果显示从 0～9 次蒸制西洋参中共鉴定出 90 种主要人参皂苷,在西洋参的反复蒸晒过程中,极性人参皂苷转化成低极性或非极性人参皂苷,原型皂苷含量减少,稀有皂苷含量增加,主要为人参皂苷 20(S/R)-Rg3、20(S/R)-Rh2、Rk1、Rg5、Rs5、Rs4 等.MALDI-MSI组织分布结果表明生西洋参中皂苷主要分布于表皮及韧皮部,蒸晒过程导致皂苷成分发生转化,木质部和髓质中的分布增加.该研究为西洋参蒸制引起的生物活性和药理作用的变化提供了基础信息,为扩大西洋参的药用范围提供了参考.