Variations in chlorophyll content,stomatal conductance,and photosynthesis in Setaria EMS mutants

Chlorophyll (Chl) content, especially Chl b content, and stomatal conductance (G_s) are the key factors affecting the net photosynthetic rate (P_n). Setaria italica, a diploid C₄ panicoid species with a simple genome and high transformation efficiency, has been widely accepted as a model in photosynthesis and drought-tolerance research. The current study characterized Chl content, G_s, and P_n of 48 Setaria mutants induced by ethyl methanesulfonate. A total of 24, 34, and 35 mutants had significant variations in Chl content, G_s, and P_n, respectively. Correlation analysis showed a positive correlation between increased G_s and increased P_n, and a weak correlation between decreased Chl b content and decreased P_n was also found. Remarkably, two mutants behaved with significantly decreased Chl b content but increased P_n compared to Yugu 1. Seven mutants behaved with significantly decreased G_s but did not decrease P_n compared to Yugu 1. The current study thus identified various genetic lines, further exploration of which would be beneficial to elucidate the relationship between Chl content, G_s, and P_n and the mechanism underlying why C₄ species are efficient at photosynthesis and water saving.     

不同品种茶花在干旱胁迫下叶 片气孔和蜡质的差异化表现

摘要：以茶花品种?十八学士''和?情人节''为研究对象，在塑料大棚室温15～25℃下，采用盆栽控水法进行干旱胁迫，利用扫描电子显微镜观测叶片的表皮结构。研究不同品种在干旱胁迫下，叶片表皮结构的差异对抗旱性的影响，为茶花的栽植管护推广和造景应用提供基础性的理论依据。 结果表明，茶花叶片仅有下表皮具有气孔，上、下表皮都有不同程度量的蜡质附着物。随干旱胁迫程度的加重，气孔开合及蜡质积累出现差异性变化。抗旱性较差的品种，主要通过利用蜡质的合成、堆积来堵塞气孔，降低蒸腾作用。抗旱性较强的品种，气孔的保卫细胞在干旱早期就启动闭合响应机制，叶片上表面的蜡质堆积程度更强，能更好的保护叶片免受光照和有害物质的伤害，说明叶片表皮结构对于茶花抗旱性强弱的决定作用较大。     

考虑植被类型的冠层气孔导度模型

冠层气孔导度指示着植物的光合和蒸腾作用的强弱,冠层气孔导度的精确估算对于研究蒸散、农业生产和生态系统的功能等具有重要意义。以往冠层气孔导度的模型很少考虑植被类型的影响,而不同植被类型间冠层气孔导度存在较大差异,本研究旨在考虑植被类型,引入气孔长度和密度计算最大气孔导度,建立植被冠层气孔导度模型。使用HJ-1卫星数据反演了2012年7-9月黑河流域植被冠层气孔导度分布,基于地面实测数据对卫星反演的冠层气孔导度进行验证,结果表明,与改进前未区分植被类型的模型相比,决定系数由0.51提高至0.70,均方根误差由4.91mm/s下降至3.32 mm/s。改进模型可以描述植被类型间冠层气孔导度的差异,如2012年7月27日反演获得的玉米冠层气孔导度均值为15.12 mm/s,而云杉的冠层气孔导度均值则为3.84 mm/s。研究可为地表能量平衡和碳水循环等科学研究及精细农业、水资源管理等应用提供便利。     

冬小麦叶片和冠层尺度的光合-蒸腾模拟

利用气孔导度-光合-蒸腾耦合模型(SMPT-SB),选取冬小麦关键生育期的典型日，模拟了冬小麦叶片和冠层尺度的光合与蒸腾速率日变化，并借助光合仪和涡度相关系统获得的观测数据进行了验证。研究结果表明：模型模拟的叶片和冠层尺度光合及蒸腾速率与实测值变化趋势具有较好的一致性，光合速率日均绝对误差不超过1μmol·m^-2·s^-1,蒸腾速率日均绝对误差不超过0.41 mmol·m^-2·s^-1;叶片尺度光合和蒸腾速率模拟值与实测值的决定系数R²均在0.90以上，冠层尺度也分别达到了0.96、0.88。此外，模型中水汽响应函数以f(D_s)=RH表示时，相对湿度(RH)变化较大会导致参数m值不能准确量化气孔导度(g_s)的变化，从而降低模拟效果；若分时期率定m值，会大幅提高模拟精度。该模型适用于冬小麦叶片及冠层尺度的土壤-植物-大气之间水碳交换的模拟。     

毛地黄鼠尾草在不同授粉条件下的繁殖成功与花性状选择

开花植物的繁殖成功在自然种群普遍受到花粉限制的影响。选择理论认为，当植物种群内不同个体的花粉限制程度存在差异时，将发生传粉者介导的自然选择。通过比较毛地黄鼠尾草在不同授粉条件下的繁殖成功和花性状选择，探究了该植物花表型的适应性及其选择机理。结果表明：1）在自然授粉条件下，该植物的繁殖效率（即坐果率和结籽率）与个体的花柱头高度存在显著的负相关关系（P<0.05），而在人工补充授粉条件下，其繁殖效率与个体的花数量之间存在显著的负相关关系，同时个体的结籽率与柱头探出花冠长度也存在显著的负相关性（P=0.031）。2）在自然授粉条件下，该植物因花粉限制导致的结籽率折损与个体的花数量和柱头探出花冠长度皆存在显著的负相关关系（P=0.006，0.041）。3）在两种授粉条件下，花产量性状均受到显著的定向选择作用，且在人工补充授粉条件下的选择强度显著低于自然授粉状态。花柱头高度仅在自然授粉条件下检测到显著的定向选择，相反，柱头探出花冠长度仅在人工补充授粉条件下检测到显著的定向选择；另外，花冠口大小与柱头探出花冠长度的组合性状受到了显著的相关选择。研究表明，毛地黄鼠尾草的花性状明显受到传粉者介导选择；其中，花部结构性状为提高传粉效率表现出明显的功能整合趋向。     

华北不同利用强度潮土酶生态化学计量特征比较

为探究土壤酶活性和微生物养分限制水平对土地利用强度的响应特征，本研究设置1个高强度（小麦-玉米轮作，MW）、2个中强度（临时草地-小麦，GW；玉米-临时草地，MG）和1个低强度（多年生草地，PG）共4个处理，6 a后采样解析土壤酶活性及酶生态化学计量特征。结果表明：土壤pH值随土地利用强度降低而下降（仅PG达到显著），PG和GW均增加了土壤有机碳（Organiccarbon，OC）含量；PG还增加了土壤全氮（Total nitrogen，TN）与有效磷（Available phosphorus，AP）含量，进而提高了土壤C∶P和N∶P的比值。与MW和MG相比，PG和GW提高了β-1，4-葡萄糖苷酶（β-1，4-glucosidase，BG）、β-N-乙酰-氨基葡萄糖苷酶（β-N-acetyl-glucosaminidase，NAG）+亮氨酸氨基肽酶（Leucine aminopeptidase，LAP）和碱性磷酸酶（Alkaline phosphatase，ALP）活性，以及土壤酶碳磷比（C/P ratio of extracellular enzymatic activities，EEAC∶P）和土壤酶氮磷比（N/P ratio of extracellular enzymaticactivities，EEAN∶P），显著降低了土壤微生物P限制。相关性分析表明：土壤C、N和P关键代谢酶活性均与OC、TN、C∶P和N∶P显著正相关，而与NH+4-N显著负相关；EEAC∶P和EEAN∶P均与OC、C∶P和N∶P显著正相关，但仅EEAN∶P与NH+4-N显著负相关。随机森林模型分析表明，pH是土壤微生物C限制的主要解释因子，而C∶P、N∶P和NH+4-N对土壤微生物P限制的解释度最高。研究表明，将临时草地模式引入农田能够增强土壤固碳和供氮能力，提高土壤酶活性并降低土壤微生物P限制，可为集约化农业管理下提升农田土壤生态系统质量提供理论依据和技术支撑。