不同生育阶段燕麦对干旱胁迫的响应

设中度干旱(MD,土壤田间最大持水量的55±5%)、重度干旱(SD,土壤田间最大持水量的35±5%)两个处理,研究干旱胁迫对温室盆栽燕麦不同生育阶段(苗期、分蘖期、拔节期)的生长性状、叶绿素荧光参数以及根系形态的影响。结果表明,与正常供水(CK)相比,干旱胁迫处理均显著(P<0.05)降低了燕麦苗期、分蘖期、拔节期3个生育阶段地上部生物量、株高以及叶片光合荧光参数Fv/Fm、Fv/Fo。干旱胁迫下,燕麦根系表现出明显的形态可塑性,苗期通过增加根长、分支数和细根数(直径≤0.48mm)来响应干旱胁迫,分蘖期主要通过减少根长、分支数来响应干旱胁迫,拔节期主要通过减缓各级根系的生长并增加根的分级数来响应干旱胁迫。     

不同水分和土壤处理对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响

为了探究水分和土壤对糙毛以礼草苗期根系构型和根鞘形成的影响,采用未灭菌和灭菌的沙土培养糙毛以礼草,分别设置田间持水量的10%、20%、30%、40%和50%水分梯度,测定不同水分和土壤处理条件下糙毛以礼草的根系构型参数和根鞘重,结果表明:1)在未灭菌土壤培养条件下,糙毛以礼草苗期的根系与土壤微生物互利共生,高水分显著影响了根系交叉数和分支数的增加(P<0.05);土壤灭菌培养条件下,这种关系遭到破坏,根系总根体积在40%~50%水分梯度下显著高于其他水分梯度(P<0.05),平均直径在40%水分梯度下最高(P<0.05),分支数在20%和50%水分梯度最高(P<0.05),链接数和根尖数在20%~50%水分梯度下显著增大(P<0.05),总根表面积在50%水分梯度下最高(P<0.05)。土壤灭菌后,微生物群体变化,土壤灭菌培养条件下的根系形态指标较未灭菌土壤培养条件下增大(P<0.05),分别为:20%水分梯度下的根系总根长和分支数,20%~50%水分梯度下的根系链接数和根尖数,40%水分梯度下的根系总根表面积和平均直径,40%~50%水分梯度下的根系总根体积。2)不同水分和土壤处理下糙毛以礼草苗期根系拓扑指数接近于1,根系分支模式接近鱼尾形分支,更适宜在地下资源贫瘠的环境中生长。在20%和30%水分条件下,糙毛以礼草保持了很好的根系构型,修正拓扑指数(q_b)和分形维数(FD)显著高于其他水分梯度(P<0.05)。糙毛以礼草苗期根系初生根和次生根生长过程中生物量分配的不同影响了根系在土壤中的功能,根系在土壤中的伸长拓展(总根长、总根表面积、链接数和分支数)大于固定渗透(平均根系直径)对根系构型的影响。3)水分和土壤处理对根鞘的形成无交互影响(P>0.05),糙毛以礼草苗期根鞘形成的影响因素为:水分>土壤>FD>q_b>根系固定渗透能力。随着田间持水量的升高,糙毛以礼草根鞘重呈现先增后减的趋势,未灭菌土壤和灭菌土壤中的根鞘重分别在20%~30%、30%水分梯度时最大,q_b、FD和根系固定渗透能力显著正向影响根鞘(P<0.05)。     

青藏高原垂穗披碱草种质资源遗传多样性的SSR分析

采用SSR分子标记技术,对采自青藏高原的30份野生垂穗披碱草(Elymus nutans)种质进行遗传多样性分析。结果表明,1)筛选出的16对引物共获得了116个等位基因位点,92个多态性位点,多态性位点率(PPB)为79.75%,多态性信息(PIC)含量为0.063~0.325,平均值为0.188,材料间遗传相似系数(GS)介于0.692~0.976,平均值为0.828。2)聚类分析表明,在遗传相似系数0.804处,30份供试材料可聚为四大类,单独聚为一类的09-214表现出与其他材料较远的亲缘关系,主成分分析结果与UPGMA结果基本一致。群体遗传结构分析显示,大部分材料的遗传背景较为单一,群体划分的结果与聚类分析的结果部分保持一致。研究显示,供试种质材料间存在较大的差异,部分材料表现出相对独立的特性,遗传多样性较丰富,可为垂穗披碱草的保护利用、新品种的选育及优良基因的挖掘提供参考依据。     

燕麦幼苗对低温胁迫的响应

在0、12、36、60 h不同时间梯度下,对7个燕麦(Avena sativa)品种(青引1号、青引2号、青引3号莜麦、青海甜燕麦、青海444、青燕1号和林纳)进行连续低温(5℃)胁迫,比较其抗寒能力。结果表明,与低温胁迫前(0 h)相比,低温处理后(12、36和60 h)7个燕麦品种幼苗叶片丙二醛、脯氨酸含量和超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性均显著增加(P0.05);各燕麦品种幼苗叶片丙二醛、脯氨酸含量和过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性在低温胁迫初期(0-12 h)显著增加(P0.05)并达到最大值;随着低温胁迫时间延长,其含量开始下降。7个燕麦品种抗寒能力依次表现为青引3号莜麦青海甜燕麦青引2号林纳青燕1号青海444青引1号。     

地下生态系统中氮素的循环及影响因素

氮素是陆地生态系统初级生产力的主要限制因子之一。地下生态系统中绝大部分氮素以不溶的聚合物形式存在,不能直接被植物吸收,因此其转化为可吸收的离子氮的生态过程受到人们越来越多的关注。本文主要综述了土壤生物与非生物两个自然因素在地下生态系统氮素循环过程中发挥的重要作用。土壤生物通过自身代谢和分泌各种酶类来加速各种形态氮素相互转化;植物根系可以通过影响土壤物理结构和分泌大量有机物质,实现与地下生态系统氮素循环之间的"相互交流";而由于生物生存与环境因子有直接联系,二者之间的相互作用也对土壤氮素循环起着特殊作用。目前,由于土壤生物种类繁多、营养流通途径复杂、分子生物学实验技术较昂贵以及在全球气候变化背景下对许多自然规律的响应变化认识有限,因此,尚不能完全在分子水平形成一张氮素在地下生态系统的流通网络图,这应该成为今后相关研究工作的方向和重点。     

披碱草属植物抗逆性研究现状和存在的问题

披碱草属是禾本科小麦族重要的经济属,主要分布在海拔2000～5200 m的地区。属内绝大多数种是优良牧草,饲用价值极高,该属部分种具有耐盐、抗旱、耐寒等优良抗性,适应性广,遗传多样性丰富,因此不仅是生态恢复的重要物种,也能为其他牧草和麦类作物提供优异的基因资源。按照狭义上的分类标准,该属在全世界共有30余种,我国有13种,主要有老芒麦、披碱草、垂穗披碱草、短芒披碱草、圆柱披碱草等。近年来,由于全球变化和人类活动引起非生物胁迫的加剧,越来越多的研究开始关注披碱草属非生物胁迫抗性,包括耐盐性、抗旱性、低温胁迫抗性、重金属胁迫及复合胁迫抗性,其中大多数研究来自中国学者。目前绝大多数关于披碱草属抗逆性的研究主要集中在通过电解质外渗率、叶绿素、脯氨酸等渗透调节物质和抗氧化酶活性等生理指标评价属内不同种,和/或不同品种/种质的抗性方面,然而这些研究采用了不同的分析方法和评价体系,导致得出的结果不尽相同。此外,除了冷胁迫外,目前关于该属植物的抗逆机制却极少涉及。因此,综述了近年来在披碱草属植物抗逆性方面的研究进展,并提出存在的问题及今后研究的方向,旨在为进一步挖掘和利用其优良遗传资源奠定基础。     

植物沙障不同种植模式对川西北沙地的恢复效应

生物沙障被广泛地应用于沙化治理中,但是生物沙障不同种植模式下对沙化治理的相关研究较少,尤其是复合草本在高寒地区不同种植模式下的研究较为缺乏。为了明确混合草本沙障不同种植模式对高寒沙地治理效应,选择川西北沙地作为典型高寒半湿润沙地,利用燕麦、垂穗披碱草、中华羊茅作为混合草本沙障,自2014年利用行播、带播、撒播种植模式恢复高寒半湿润沙地4年,于2014年测定一年生燕麦生长状况,调查4年后地表植物群落盖度和多样性特征,并且测定土壤水分、容重、含水量、pH值、有机碳、全氮、全磷等指标,分析复合草本不同种植模式对高寒沙地恢复效应。研究结果表明:复合草本带播和撒播模式对高寒沙地恢复效果明显。一年生燕麦后期从生态系统中消失,多年生草本适应性良好。带播和撒播种植模式显著增加了地上植物盖度、物种多样性、生态优势度。带播和撒播模式也显著减小了土壤容重,增加了土壤含水量、有机碳、全氮、全磷等含量。在高寒沙化复合草本种植恢复过程中,建议将土壤容重、有机质、全氮作为衡量土壤性质变化的指标。综合地表植被和土壤理化性质变化,建议以混合草本带播和撒播种植模式作为高寒沙化治理的主要种植模式。     

青藏高原中华羊茅种质资源遗传多样性的EST-SSR分析

采用EST-SSR分子标记对来自四川、西藏、青海的24份中华羊茅(Festuca sinensis)进行了遗传多样性和亲缘关系的研究。研究结果表明,筛选的17条引物共检测到102个位点,多态性位点每条引物5~8个;平均多态性位点6个,平均多态性位点百分率(PPB)93%;遗传距离变幅范围0.188~0.675,平均值0.486,多态性信息含量指数PIC值在0.240~0.470变化,平均值为0.381,这揭示了供试的中华羊茅种质资源具有较为丰富的遗传多样性。聚类分析和主成分分析结果表明,供试材料间亲缘关系与其地理来源等相关性较低,其中I-2-23-7和I-14-1-1野生材料表现出了独特的遗传特性,与其他供试材料间均具有较远的亲缘关系。通过地理海拔的分析,发现分布于中度海拔(3 000-3500m)的中华羊茅种质具有最高的Nei’s基因多样性(0.304 3)和香农多样性(0.462 2),遗传变异较高。本研究结果为青藏高原中华羊茅种质资源的保护和利用提供了重要的参考。     

青藏高原东部乡土植物对高寒沙化草地土壤性质的影响

以青藏高原东部高寒沙化草地为研究对象,通过比较分析狭叶红景天(Rhodiola rosea)、硬秆仲彬草(Kengyilia rigidula)、垂穗披碱草(Elymus nutans)和高山红柳(Salix cupularis)4种乡土植物对沙化草地的土壤理化性质、土壤酶活性及微生物生物量的影响,旨在为高寒草地沙化地生态植被的重建与恢复选择适宜的治理植物提供理论依据。结果显示:1)种植4种植物治理恢复5年后,土壤含水量均有显著升高(P0.05),土壤容重和土壤pH有不同程度的下降,垂穗披碱草处理下土壤含水量最高,与对照相较增加了357.70%;2)植被恢复显著提高了土壤中与碳氮磷循环相关的各种酶的活性(P0.05),其中狭叶红景天样地中的土壤纤维素酶、过氧化物酶、蔗糖酶、蛋白酶和磷酸酶活性最高,分别为对照的3.19、1.98、3.22、1.87和4.59倍。3)种植4种植物治理恢复5年后,不同土壤微生物生物量碳(MBC)、微生物生物量氮(MBN)均有显著提高(P0.05),狭叶红景天的MBC、MBN和微生物生物量碳氮比(MBC/MBN)均为最高,分别为对照的4.39、3.46和1.27倍;4)种植狭叶红景天和高山红柳样地,土壤酶活性与土壤理化性质及微生物生物量呈极显著(P0.01)和显著(P0.05)相关,种植垂穗披碱草样地,土壤酶活性与土壤理化性质及微生物生物量相关性较差。研究表明,4种植物种植5年后,狭叶红景天对高寒沙化草地的土壤特性改善更明显。     

放牧对青藏高原高寒草地土壤和生物量的影响

随着人类对青藏高原高寒草地干扰的不断加剧,特别是放牧干扰的增加,该草地生态系统正在受到持续的破坏,草地退化尤为严重。本研究通过在青藏高原东缘红原县设置4个不同牦牛放牧强度处理和1个对照处理,分析土壤含水量和容重、植物生物量和盖度以及草食家畜牦牛相关数据,研究牦牛放牧对青藏高原高寒草地生态系统的影响,确定最优牦牛放牧强度。结果表明,随着放牧强度的增加,土壤含水量逐渐减少,土壤容重无显著性变化(P0.05);地上和地下生物量及禾本类和莎草类生物量呈现先上升后下降的趋势,而豆科和杂草类变化不明显;随放牧强度的增加,牦牛的增重趋于减缓。综合分析认为,该区域最优放牧强度应在1.016~1.284头牦牛当量·hm~(-2)。研究结果可为青藏高原高寒草地退化恢复治理和生态减畜工程提供理论依据。