深淹胁迫对三峡库区狗牙根谷胱甘肽代谢途径的影响

以三峡库区自然消落带野生狗牙根为研究对象,进行自然条件下不同水位深度(0、5、10、15、20、25、30 m)的深淹胁迫以及胁迫后恢复试验,对谷胱甘肽合成、循环代谢关键酶及物质含量进行分析。结果表明,深淹胁迫后,狗牙根可以通过增强谷胱甘肽合成及循环代谢关键酶:谷胱甘肽还原酶和γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶的活性,维持植物体内谷胱甘肽水平及氧化还原状态,从而抵御深淹造成的氧化伤害。深淹恢复生长30 d后,狗牙根谷胱甘肽、总谷胱甘肽含量、谷胱甘肽还原酶、γ-谷氨酰半胱氨酸合成酶活性恢复至未淹对照水平。从植物对深淹胁迫的生理响应上,表明狗牙根作为禾本科植物在遗传上具有一定的耐淹能力,可以作为三峡水库消落带植被恢复的物种。     

深淹胁迫下三峡库区狗牙根的生理响应

以三峡库区自然消落带野生狗牙根为研究对象,按照三峡水库涨落实际,进行自然条件下不同深度(0、5、10、15、20、25、30m)的深淹胁迫及胁迫后恢复试验.结果表明,深淹胁迫下狗牙根丙二醛和脯氨酸含量呈递增趋势,还原型谷胱甘肽较对照有所增加,可溶性糖和淀粉含量都保持在较高水平,可溶性蛋白含量呈下降趋势.出水后恢复生长30d,狗牙根各生理指标恢复至对照水平.狗牙根作为禾本科植物在遗传上具有一定耐淹性,可以作为三峡水库消落带植被恢复物种.     

种植中山杉对三峡水库消落区单优种草本植物群落物种多样性的影响

针对三峡水库消落区植被物种多样性急剧下降等退化趋势,以"狗牙根""牛鞭草"单优种群落为研究对象,通过种植中山杉,采取典型植被随机样方法,分析种植中山杉对三峡水库消落区单优种草本植物群落物种多样性的影响,以期为三峡水库消落区人工生态恢复提供参考。结果表明,2016—2019年,不同植物群落共统计草本植物13科23属24种,以禾本科和菊科植物为主,分别为7和4种;"狗牙根""牛鞭草"群落物种数呈逐年减少趋势,"中山杉+狗牙根""中山杉+牛鞭草"群落物种数呈逐年增加趋势。"狗牙根""牛鞭草"群落优势物种相对盖度和相对重要值呈逐年增加趋势,物种多样性指数呈逐年减少趋势;而"中山杉+狗牙根""中山杉+牛鞭草"群落优势物种相对盖度和相对重要值呈逐年减少趋势,植物群落多样性指数呈逐年增加趋势。"狗牙根""牛鞭草"群落一年生植物相对重要值逐年减少而多年生植物相对重要值逐年增加;种植中山杉后植物群落中一年生植物相对重要值逐年增加而多年生植物相对重要值逐年减少。由此可知,"狗牙根""牛鞭草"单优种群落物种多样性在自然恢复条件下呈逐年下降趋势,而种植中山杉可逐年增加植物群落物种多样性,刺激植被恢复。因此,因地制宜、采取种植中山杉等适宜适度干扰方式,可以成为三峡水库消落区植被生态恢复的有效途径。     

深淹下三峡库区狗牙根脯氨酸积累代谢途径的响应

以三峡库区自然消落带野生狗牙根为研究对象,进行自然条件下不同深度(0、5、10、15、20、25和30 m)的深淹胁迫以及胁迫后恢复实验,研究了脯氨酸及其积累代谢途径的关键酶活性的变化规律.结果表明,深淹胁迫能诱导脯氨酸的积累,顺序上调脯氨酸合成关键酶精氨酸、鸟氨酸转氨酶(OAT)、谷氨酸脱氢酶(GDH)和吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)的活性,降低脯氨酸降解关键酶脯氨酸脱氢酶(PDH)的活性.因此,深淹胁迫导致脯氨酸积累是脯氨酸合成的鸟氨酸途径和谷氨酸途径顺序激活、而脯氨酸降解途径显著抑制的综合结果.深淹恢复生长30 d后,狗牙根脯氨酸及其积累代谢途径的关键酶活性恢复至未淹对照水平.从植物对深淹胁迫下脯氨酸积累代谢途径的响应上,表明狗牙根作为禾本科植物在遗传上具有较强的耐淹能力,可以作为三峡水库消落带植被恢复的物种之一.     

淹水胁迫对水库消落带狗牙根保护酶活性的影响

选取浙江省长潭水库自然消落带生长的野生狗牙根与非消落带生长的野生狗牙根,置于水库支流进行不同时间淹水处理,观察其在淹水胁迫条件下不同生境狗牙根的保护酶活性和丙二醛含量变化情况,结果表明:两种生境下的狗牙根叶片的MDA含量都表现上升的趋势,但消落带生境下的狗牙根叶片MDA含量上升幅度要比非消落带生境下的狗牙根MDA含量上升速度要慢。在淹水前期,狗牙根叶片SOD、POD酶活性都有所上升,淹水后期,这两种酶活性都有所下降,但消落带生境下的狗牙根叶片保护酶活性在涝渍期间始终高于非消落带生境下的狗牙根。说明了消落带生境下的狗牙根由于长期生长在水淹胁迫环境,对涝渍的适应性要强于非消落带生境下的狗牙根。     

三峡库区消落带狗牙根和牛鞭草人工湿地对总氮的去除效应

三峡库区消落带形成后带来诸多生态环境问题,研究表明采用多年生草本狗牙根和牛鞭草构建消落带人工湿地生态系统可有效应对这些问题,但目前仍未有研究报道这两种人工湿地生态系统对进入系统的合氮污水的总氮去除效应.笔者研究了以这两个种为优势种的人工湿地对不同浓度含氮污水的季节性消减效果.研究结果表明,以狗牙根和牛鞭草为优势物种的人工湿地比未进行生态修复的空白对照,在总氮去除能力方面显著要高,牛鞭草和狗牙根的总氮去除率分别为57.4％和42.4％,而对照总氮去除率则为负值(-22.4％),三者之间差异显著.狗牙根和牛鞭草对污水氮的去除能力受到生长期和入水污水的氮浓度的显著影响,生长初期和生长末期对氮的去除能力要低于生长旺期;相对而言狗牙根对中氮污水的去氮能力要高于高氮污水,而牛鞭草对高氮污水的去氮能力要高于中氮污水.该研究表明在三峡库区消落带,采用适宜物种构建人工湿地进行生态修复,对于截留、吸收库区屏障带进入消落带生态系统的含氮污水具有重要的生态效益,是防治三峡库区水体富营养化的有效途径.     

三峡库区消落带狗牙根和牛鞭草人工湿地对磷的去除效应

研究了以狗牙根和牛鞭草为优势种的人工湿地对不同浓度含磷污水的季节性消减效果。结果表明,以狗牙根和牛鞭草为优势物种的人工湿地比未进行生态修复的对照,在总磷去除能力方面显著提高。此外,狗牙根和牛鞭草人工湿地对总磷的去除不受植物生长季的影响。狗牙根和牛鞭草对中浓度和高浓度磷的去除能力要显著高于对低浓度磷的去除能力。在三峡库区消落带采用适宜物种构建人工湿地进行生态修复,对于截留、吸收库区屏障带进入消落带湿地生态系统的生活和生产污水的磷素具有重要的生态效益,是防治三峡库区水体富营养化的有效途径。     

Cu2+胁迫下三峡库区消落带的狗牙根生长状况及其铜富积效应

为探明狗牙根遭受铜胁迫的毒害机制,采用水培的方法,模拟三峡库区长江水体Cu2+污染环境,研究不同浓度Cu2+胁迫对三峡库区库消落带生植物狗牙根(Cynodon dactylon)新芽和新根数、叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性的影响和Cu2+积累效应.结果表明,在0～40 mg/L Cu2+对狗牙根植株生长没有明显伤害,甚至表现出一定的促进性,新芽和新根数增加,叶绿素含量提高;狗牙根叶片中SOD、POD、CAT活性均增加;当Cu2+浓度≥40 mg/L时,狗牙根新芽和新根数、叶片叶绿素含量下降,叶片中SOD和CAT的活性被抑制,而POD活性略增加.同时,狗牙根对Cu2+的积累主要分布于根,其次为茎.     

三峡库区消落带淹水梯度上维管植物分布及其稳定性影响因素

为探索蓄水水淹对三峡库区消落带植被的影响,2012年6—7月,采用样带样方法对消落区维管植物进行调查。结果表明,消落区内有维管植物81种,其中重庆长寿-巴南段有44种,重庆涪陵-云阳段有65种,以草本植物为主;主要为禾本科和菊科植物,以狗牙根、牛鞭草、喜旱莲子草等多年生耐淹植物为优势种;植物受水淹、航运、耕作等人为因素和地形、土壤等自然因素共同影响。     

典型耐淹植物主茎死亡特征对水压的响应

陆生植物遭受水淹胁迫,特别是大型水库修建导致的长时间、大深度的水淹,不仅导致光照、溶氧及CO2浓度等环境因子发生显著变化,也导致植物所承受的压力发生明显变化,但是目前关于水压对陆生植物影响的研究鲜见报道.以长江三峡水库消落区典型陆生耐淹植物狗牙根、牛鞭草及瘦瘠野古草为研究对象,进行变量控制实验设计,探究了水压对典型耐淹植物主茎死亡特征的影响.结果表明:1)水压对典型耐淹植株主茎的死亡过程有着显著的促进作用(即表现为正效应);2)不同种类(或耐淹能力不同)的植株在抵抗水压胁迫时,其主茎死亡过程表现出显著差异,并且随着水淹深度的增加继而水压亦增加,这种差异表现得越来越明显.通过本研究,有助于了解陆生植物对水淹环境下水压胁迫的响应机制,并且丰富和发展了关于陆生植物对水淹逆境的响应及适应机制研究的理论和方法.     

枫杨幼苗对土壤水分"湿-干"交替变化光合及叶绿素荧光的响应

以盆栽1年生枫杨幼苗为实验材料,通过人工设置土壤水分来模拟三峡库区消落带不同土壤水分对枫杨幼苗的光合参数、光合色素含量、叶绿素荧光特性等的影响.试验设置4个处理组,分别为常规供水、常规供水-轻度干旱-复水、水淹、水淹-轻度干旱-复水,3个处理期分别为前期(0-33 d)、中期(34-63 d)、后期(64-78 d).结果表明,不同的水分处理显著地影响了枫杨幼苗“表观性”的气体交换、光合色素含量和水分利用效率等特性,但相较而言对枫杨幼苗“内在性”的叶绿素荧光特性影响较小,且影响的结果和程度因处理组和指标而异.78 d时,除胞间CO2浓度(Gi)、叶绿素a/叶绿素b、光化学猝灭值(qP)和非光化学淬灭值(qN)外,水淹组(FL组)的各项指标在4个处理组中都为最低值;“湿-干”交替组(FD组)的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)及总叶绿素含量则表现出先降低复水后显著增加的趋势;DR组的变化趋势与FD组类似,但变化的幅度较FD组小.研究发现,枫杨幼苗面对不同水分状况呈现出了一定的敏感特性,但随着胁迫时间的延长其无论是从光合、水分利用还是叶绿素荧光特性方面都表现出积极的响应,较能适应干旱、水淹、“湿-干”交替等多种环境胁迫,且在胁迫解除后能够迅速恢复生长,可以考虑用于三峡库区消落带的植被重建.     

渗透胁迫下小麦幼苗叶片中亚精胺与抗氧化酶的关系

为了探讨多胺提高作物抗旱性的机理,在渗透胁迫下,研究小麦品种豫麦18(抗旱性较强)和扬麦9号(抗旱性较弱)幼苗叶中亚精胺(Spd)含量与三种抗氧化酶——超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的变化。结果表明:渗透胁迫2 d,扬麦9号幼苗叶片的丙二醛(MDA)的上升幅度明显高于豫麦18,豫麦18幼苗叶片Spd含量以及SOD、CAT和APX活性的上升幅度明显大于扬麦9号;外源Spd处理,明显提高了扬麦9号幼苗叶片的Spd含量以及SOD、CAT和APX活性,也明显抑制其MDA含量的上升。Spd的生物合成专一性抑制剂——甲基乙二醛-双(鸟嘌呤腙)(MGBG)预处理豫麦18,再进行渗透胁迫,则明显抑制其渗透胁迫下叶片中SOD、CAT和APX活性以及Spd含量的上升,也明显促进了MDA含量的上升。从而表明,渗透胁迫下小麦幼苗叶片的Spd可能通过促进抗氧化酶活性,从而减轻活性氧对幼苗的伤害。     

Changes of Antioxidative Enzymes and Lipid Peroxidation in Leaves and Roots of Waterlogging-Tolerant and Waterlogging-Sensitive Maize Genotypes at Seedling Stage

To better understand the physiological and biochemical mechanisms of waterlogging tolerance, waterlogging effects on lipid peroxidation and the activity of antioxidative enzymes were investigated in leaves and roots of two maize genotypes, HZ32 （waterlogging-tolerant） and K12 （waterlogging-sensitive）. Potted maize plants were waterlogged at the second leaf stage under glasshouse conditions. Leaves and roots were harvested 1 d before and 2, 4, 6, 8 and 10 d after the start of waterlogging treatment. Through comparing the activities of superoxide dismutase （SOD）, ascorbate peroxidase （APX）, glutathione reductase （GR）, catalase （CAT） and guaiacol peroxidase （POD） between waterlogging-tolerant and waterloggingsensitive genotype, we deduced that CAT was the most important H2O2 scavenging enzyme in leaves, while APX seemed to play a key role in roots. POD, APX, GR and CAT activities in conjunction with SOD seem to play an essential protective role in the O2^- and H2O2 scavenging process. Lipid peroxidation was enhanced significantly only in K12 （P 〈 0.001） and there was no difference （P 〉 0.05） in HZ32 up to 6 d after waterlogging stress. These results indicated that oxidative stress may play an important role in waterlogging-stressed maize plants and that the greater protection of HZ32 leaves and roots from waterlogging-induced oxidative damage results, at least in part, through the maintenance of increased antioxidant enzyme activity.     

三峡库区消落带植物群落及分布特点的调查

[目的]调查三峡库区消落带植物种类、群落及分布特点。[方法]采用路线法,调查三峡库区秭归太平溪港至巴东楠木园的145~156 m消落带的植物分布。[结果]三峡库区消落带植物约16科27种,种类最多的科为禾本科和菊科,优势种群为狗尾草、刺苋、芝麻和狗牙根,优势植物群落为狗尾草草丛、狗尾草+刺苋草丛、芝麻草丛、狗牙根草丛,主要分布在水位156~150 m消落带。这些1年生草本植物以种子繁殖或营养繁殖,为须根系或直根系,分别分布在地下20和40 cm左右土壤中,对库区消落带表层水土保持发挥重要作用。[结论]该研究为筛选三峡库区消落带植被恢复和水土保持的物种提供了科学依据。     

SO_2胁迫对茶条槭叶片6种保护酶活性的影响

[目的]研究不同SO2胁迫处理对茶条槭叶片6种保护酶活性的影响。[方法]利用SO2静态熏气系统对3年生茶条槭苗木进行胁迫处理,研究不同SO2浓度（0～6.0 mg/m3）和熏气时间（0～6 h）下茶条槭叶片6种保护酶活性的变化趋势。[结果]随着SO2浓度的增加,PPO和APX活性一直降低,SOD、CAT、POD和GR活性表现为先迅速上升后下降的趋势,其中GR活性下降较平缓;在不同时间SO2处理中,CAT和GR活性随着胁迫时间的延长先迅速上升而后下降,而SOD、POD、PPO和APX活性均随着胁迫时间的延长而降低,其中SOD和GR活性变化幅度较平缓。[结论]PPO、POD和APX活性下降可能是茶条槭幼苗SO2伤害的原因之一,而SOD、CAT和GR活性变化平缓是茶条槭幼苗响应SO2胁迫的适应性机制。     

亚精胺对渗透胁迫的玉米幼苗叶片NADPH氧化酶和抗氧化酶活性的影响

为了探讨多胺增强植物抗旱性的机理,研究了渗透胁迫下,玉米品种农大108(抗旱性较强)和掖单13号(抗旱性较弱)幼苗叶片中亚精胺(spermidine:Spd)含量与质膜NADPH氧化酶和3种抗氧化酶——超氧物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的变化.结果表明,渗透胁迫48 h,抗旱性弱的掖单13号幼苗叶片的NADPH氧化酶活性的上升幅度明显大于抗旱性强的农大108,而农大108幼苗叶片Spd含量以及SOD,CAT和APX活性的上升幅度明显大于掖单13号.外源Spd处理明显提高了掖单13号幼苗叶片的Spd含量以及SOD,CAT和APX活性,也明显抑制了NADPH氧化酶活性的上升.Spd的生物合成专一性抑制剂——甲基乙二醛-双(鸟嘌呤腙)(MGBG)处理,则明显抑制了渗透胁迫下农大108叶片中SOD,CAT和APX活性以及Spd含量的上升,也明显提高了NADPH氧化酶活性.结果还表明,渗透胁迫下玉米幼苗叶片的Spd可能通过抑制NADPH氧化酶活性以及促进抗氧化酶活性而降低叶片内的活性氧水平,从而减轻活性氧对幼苗的伤害.     

长白山林线树种岳桦幼树叶功能型性状随海拔梯度的变化

通过研究沿不同海拔岳桦幼树叶功能型性状,揭示其对环境的响应机制.结果表明:①随海拔升高,岳桦叶面积(LA)逐渐降低,比叶重(LMA)增加,但LMA较高的可塑性指数表明其适应更依赖叶片的薄厚变化;②岳桦叶绿素含量随海拔升高而显著下降,但类胡萝卜素Car和Car/Chl显著升高,Chlb和Car/Chl表现出较高的可塑性指数,更倾向于吸收蓝紫光和保护光合器官;③岳桦叶氮含量(Narea和Nmass)在海拔1800-1900m间最低,在低海拔和高海拔均表现较高,但Chl/Nmass却随海拔升高而显著增加,Nmasss比Narea具有较高的可塑性指数,对光能的吸收更依赖Nmass对Chl的贡献,高海拔主要将更多的氮投资于光合器官的保护(1900m以上),低海拔则更倾向于光合生产(1800m以下);④随海拔升高,MDA增加,但随之抗氧化物质DS、Pro和APX活性增加,负责对活性氧的抵御和清除,但APX活性最大的可塑性指数表明活性氧的清除更依赖于酶促系统,但在海拔1900m以上,APX活性差异不显著,生理抗性逐渐下降,限制岳桦继续向高海拔生长;⑤抗氧化物质可塑性指数最高,叶绿素和叶形态次之,叶氮最低,表明随海拔升高,岳桦林以保护自身的生存为最主要的适应策略机制,然后以增加吸收光能的Chlb及LMA指标为主要生长策略.     

水淹对秋华柳根茎细胞壁组分镉含量的影响

为了解水淹胁迫对细胞壁镉富集能力的影响,以秋华柳(Salix variegata Franch)扦插苗为研究对象,设置镉胁迫和水淹胁迫试验,测定了不同处理组下秋华柳根、茎细胞壁不同组分的镉积累特征。结果表明:所有处理组秋华柳存活良好,表现出水淹和镉的双重耐受性;所有镉浓度处理下,秋华柳根、茎细胞壁果胶和半纤维素均具有良好的镉离子结合能力,其中果胶的镉离子结合能力最大;水淹、镉胁迫及两者的交互效应均对秋华柳根、茎细胞壁组分镉含量造成了不同程度的影响。水淹显著降低了茎细胞壁组分镉含量,但对根组分中镉含量无显著影响;水淹条件下,秋华柳根、茎细胞壁果胶和半纤维素镉含量有所降低,但果胶和半纤维素仍为细胞壁镉积累富集的主要组分。上述结果表明,水淹对秋华柳根、茎细胞壁组分中镉的分配策略没有明显改变,镉仍被固定于细胞壁中以减少重金属对植物细胞的伤害,因此秋华柳可以作为三峡库区消落带镉污染土壤修复的备选物种。     

三峡库区消落带不同淹水期土壤可溶性碳氮的研究

以位于涪陵区珍溪镇王家沟的三峡库区消落带不同淹水期土壤为研究对象,设置180 m高程为永不淹水对照点,175m(短期淹水,90d),165m(中期淹水,175d)和155m(长期淹水,260d)高程消落区内不同淹水期取样点,研究消落带不同淹水期土壤可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)的变化特征.结果表明,对照点土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)均无明显的季节变化,而短期淹水则表现为春夏季显著高于秋冬季(p0.05);对照点和短期淹水的DOC及DON季节变化明显,DOC表现为春夏季显著高于秋冬季(p0.05),而DON则表现为冬夏季高于春秋季(p0.05).在相同时间段内(2011年5月22日至2011年9月3日),与对照点相比,中短期淹水的SOC质量分数显著增加(p0.05),而长期淹水处的SOC,TN,DOC及DON均显著降低(p0.05),表明消落带高程越低,淹水时间越长,越容易造成土壤碳氮及可溶性碳氮的损失.消落带3个淹水期的DOC分配比及SOC/TN与对照点相比差异不明显,中长期淹水的DON分配比显著低于对照点(p0.05),而DOC/DON则显著高于对照点(p0.05),表明淹水对土壤有机碳氮矿化作用和土壤有机碳的周转速率不明显,但中长期淹水抑制土壤氮周转速率和可溶性氮的矿化作用.相关分析表明,土壤可溶性碳氮主要受SOC、TN、土壤湿度、地下5cm温度以及pH的影响和调控.     

三峡水库消落区生态环境现状及生物治理技术

三峡水库消落区具有水淹时间长、消落幅度大、水位涨落节律逆反自然枯洪规律及面积大、生境类型复杂等特点。从三峡水库消落区目前所面临的生态环境问题出发,总结了国内外关于库区生态环境问题及生物治理的研究进展,提出了三峡水库消落区的生物治理方案。