根系形态可塑性决定黄栌幼苗在瘠薄土壤中的适应对策

形态可塑性与植物生长对策及资源利用能力紧密相联,是植物在特定环境下生存策略的重要表现。研究有限资源土壤中根系形态可塑性与植物生态对策的关系,对深入理解植物对环境的适应机制具有重要意义。本研究以黄栌1年生播种苗为研究材料,采用温室盆栽试验,设置5个不同梯度养分供给水平,对黄栌幼苗根系功能性状(比根长、比表面积、根组织密度、根细度、根尖密度、分枝密度等)和不同径级细根的功能性状(根长、根表面积、根体积、根尖数)进行分析,研究了不同养分供给环境中黄栌幼苗根系形态的可塑性变化。结果表明:不同养分供给处理对黄栌幼苗的比根长、比表面积、根尖数、分枝数、根尖密度、根平均直径、根组织密度和根细度均有极显著影响(P < 0.01);在纯沙环境中,黄栌幼苗与比根长、比表面积和根细度变化最为密切;在养分受限制较严重的环境中,黄栌幼苗主要通过改变根长、根表面积、根尖数和分枝数适应环境;养分受限制相对较轻和中等的环境中,幼苗与根尖密度、分枝密度、根平均直径和根体积变化关系最为密切;而在全土环境中,幼苗主要通过根组织密度变化适应环境。养分供给量受限制在一定程度上可刺激黄栌幼苗分化直径≤1.0 mm的细根、限制直径>1.0 mm根系发育;通过根系形态性状的可塑性反映,养分供给状况变化显著地改变了黄栌幼苗吸收利用养分的对策,从充足养分到养分受限制条件、到养分极度缺乏条件,黄栌幼苗对养分吸收利用的对策从强化就地利用能力,转变到就地吸收利用与扩大吸收范围并重、扩大吸收范围、提高储存与输导能力,最后转变到忍耐对策。      

模拟喀斯特生境土壤干旱胁迫对蚬木苗木的影响

为揭示喀斯特土壤干旱环境下植物的生长及形态适应性,模拟构建了喀斯特"土壤层-岩石层-岩溶水层"水分供应装置,以2年生蚬木(Excentrodendron hsienmu)苗木为试验材料,研究了岩溶水层岩溶水分(有/无水分)和土壤水分2个因素对蚬木幼苗生长及形态发育的影响。结果表明:岩溶水分和土壤水分极显著影响蚬木幼苗生长,苗木净生长量随土壤干旱增强显著下降,岩溶水层有水处理下(W)苗木净生长量显著高于无水处理(N)。两者极显著影响着苗木总生物量及茎、叶生物量,岩溶水分极显著影响根生物量;生物量随干旱胁迫增强显著下降,W处理的显著高于N处理。土壤水分极显著影响着根冠比和根、茎生物量比,岩溶水分显著影响茎生物量比,因素间交互作用显著影响根冠比和根生物量比、极显著影响着茎生物量比。中度和重度干旱下根冠比及根生物量比显著高于对照,茎生物量比随干旱增强显著下降,W处理茎生物量比显著高于N处理。两个因素极显著影响苗木地径、株高、根长等,岩溶水分显著影响叶片数和一级分枝数、土壤水分的影响达极显著水平,因素间交互作用对地径产生显著影响、且极显著影响叶面积。蚬木幼苗生长受土壤水分条件影响较大,土壤干旱胁迫下表现为生长下降、生物量分配和形态发育发生改变等适应策略,岩溶水分对苗木的影响与土壤水分条件密切相关。     

华北4 产地黄栌幼苗根系形态对干旱胁迫的短期响应

以北京西山、北京延庆、山东泰山和山西绛县4 个产地的黄栌幼苗为材料,研究了田间模拟试验条件下苗木 根系对土壤水分胁迫的短期形态响应。结果表明:1) 黄栌幼苗通过调整根系形态以适应持续干旱环境,持续重度 胁迫环境中生长的幼苗根尖数量、根系分枝数量、根系表面积以及平均根系直径分别比对照平均高46.5%、 15.5%、3.4%、8.6%,且分别比持续中度胁迫环境中生长的幼苗平均高90.5%、34.2%、15.6%、18.4%。2) 4 产 地持续干旱环境中幼苗的0.0 ~0.5 mm 根系长度和根尖数量分别占总量的54.7% ~93.5%和95.1% ~99.5%,因 此,0.0 ~0.5 mm 细根对干旱胁迫的反应比其他径级根系更为敏感。3) 恢复灌溉后,不同产地黄栌幼苗根系生长 的恢复能力存在明显差异。山西绛县幼苗根系生物量的相对生长量在中度胁迫复水后分别是北京西山和北京延 庆幼苗的29.0 和48.6 倍,在重度胁迫后恢复灌溉则比北京西山幼苗高280%,因而表现出极强的敏感性和生长恢 复能力。      

干旱胁迫对不同种源云南松幼苗生物量与根系形态的影响

通过盆栽控水,采用双因素随机区组设计研究了9个不同地理种源云南松幼苗生物量分配和根系形态对干旱胁迫的响应,比较了干旱胁迫下幼苗生物量及其分配以及根系形态在种源间的差异,并通过隶属函数法对不同种源幼苗干旱适应性进行了初步评价。结果表明:1）干旱胁迫下,各种源云南松幼苗地径下降明显,苗高未发生显著变化,各器官生物量和总生物量多呈下降趋势,干旱胁迫并没有导致幼苗根生物量分配比和根冠比的增加,但根系长、比根长、根表面积和比根面积在干旱胁迫下增加显著。2）不同种源云南松幼苗地径、苗高、生物量及其分配比和根系形态在干旱处理下均存在显著差异,其中地径和苗高分别以西昌和双柏种源最大,各器官生物量和总生物量以双柏、西昌和册亨种源较高,察隅种源各器官和总生物量较低,但该种源具有最大的根生物量分配比和根冠比;会泽种源根长、根表面积、比根长和比根面积均最大。研究发现,在土壤水分限制条件下,云南松幼苗以根系形态变化代替根系生物量增加的策略来适应干旱,各种源云南松幼苗生长对干旱胁迫响应的差异可能是由种源地理气候因子长期影响所形成的不同适应性策略所导致。经平均隶属函数值法初步评价了不同种源云南松幼苗对干旱适应性的强弱,结果显示,西藏察隅、云南会泽和四川西昌种源对土壤干旱的适应性较强,云南双柏、贵州册亨、云南云龙种源居中,而云南新平、永仁和禄丰种源适应性较弱。     

水氮耦合对棉花幼苗根冠生长和水分利用效率的影响

为明确节水灌溉条件下配施氮肥提高水分利用效率(WUE)的可行性,采用分根交替灌溉(APRI)和常规供水(NI)的方式分别培养棉花幼苗,同时配施不同水平氮素(高氮200 kg/hm~2、中氮120 kg/hm~2、低氮80 kg/hm~2),研究了干旱胁迫后棉花幼苗生长、光合作用、根系形态、根冠生物量、瞬时和生物量水分利用效率(WUEi和WUEb)等的变化。结果表明:干旱胁迫显著降低了棉花幼苗的株高、叶面积、光合作用参数[净光合作用速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)]、蒸腾耗水量和根冠生物量,但显著增加了棉花幼苗的根冠比、根系长度(总根长和直径2 mm的细根长度)和根系表面积;同时干旱处理也显著增大了WUEi和WUEb。与正常施氮(中氮处理)相比,增施氮肥促进了棉花幼苗株高、茎粗、叶面积、Pn、Tr、Gs、蒸腾耗水量以及根冠生物量、总根长、根系表面积等的增大,显著降低了WUEi但未改变NI处理的WUEb;减施氮肥则加大了干旱对棉花幼苗生长、光合作用能力和根冠生物量积累的抑制程度,但在干旱条件下提高了WUEi和WUEb。与NI处理相比,APRI处理的棉花幼苗株高、茎粗、叶面积、Pn、Tr、Gs、根冠生物量、总根长和根系表面积增加,蒸腾耗水量减少,WUEi和WUEb增加。综上,APRI配施氮肥处理可以减轻干旱对棉花幼苗生长和根系形态的抑制程度,并提高WUE;虽然在干旱条件下APRI配施低氮处理具有最大的WUE,但APRI配施高氮处理棉花幼苗的根冠生长最好。     

土壤改良剂对干旱胁迫下青稞幼苗形态及生理特性的影响

采用盆栽试验研究了施用菌剂(2 g/kg土)、腐植酸钾(2 g/kg土)对干旱胁迫下青稞幼苗形态及生理特性的影响。结果表明,腐植酸钾和菌剂均能有效促进干旱胁迫下青稞幼苗的生长,其中腐植酸钾效果更好,不仅能提高青稞幼苗株高、鲜重、干重、根冠比、根平均直径、茎粗和叶面积、根的投影面积、表面积、体积及分支数等形态指标,也提高了根系活力、叶绿素含量、过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性,降低丙二醛含量。     

土壤水分对免耕水稻根系生长的影响

2013年早季和晚季,以吉优716为试验材料,盆栽条件下研究土壤水分对免耕水稻根系生长、形态的影响及其与地上部生物量积累和产量的关系。试验设3种土壤水分条件:W100、W85、W70,分别为水稻全生育期保持土壤饱和含水量的95%~100%、80%~85%、65%~70%。结果表明:W70处理土壤水分严重抑制了免耕水稻拔节期根系的生长,根干质量显著下降;土壤水分对抽穗期根系直径影响较大,对总根长、体积和根干质量影响不大;W70处理成熟期根系出现早衰,根长、根直径、表面积、总体积和根干质量均显著下降。土壤水分主要影响直径0.0~1.5mm根的生长,特别是直径0.0~1.0mm的根。不同时期各处理间根冠比差异不显著,在拔节期和成熟期W70处理根冠比均低于W100和W85,在抽穗期W70处理根冠比高于W85处理。免耕水稻根干质量与地上部生物量和产量均呈显著正相关。重度水分胁迫显著抑制了拔节期根系生长,引发成熟期根系早衰,进而使地上部生物量积累减少,产量下降。轻度水分胁迫对免耕水稻根系生长影响较小。土壤水分对根系调控最核心的区域是根直径0.5~1.0mm区间。     

全根和分根培养条件下番茄幼苗对不同形态氮素的响应

采用营养液培养,设置全根、分根两种培养系统,研究了番茄幼苗根系生长和形态对不同形态氮素的适应性变化。结果表明:在全根培养下,NO3-∶NH4+(体积比)为75∶25时番茄地上部和根系的生物量最大,分别比NO3-处理增加76%和71%,NH4+培养条件下最小;随营养液中NH4+比例的增加,根系总长和表面积均降低,根系体积呈先增加后减小的趋势,在NO3-∶NH4+为75∶25时根系平均直径最大。在分根培养下,两侧根盒分别为NO3-和H2O处理下地上部生物量显著低于其他3个处理,而两侧根盒分别为NO3-和NH4+处理下根系生物量显著高于其他3个处理。局部根系供H2O处理下根系干重只有另一侧(供NO3-)根系干重的19%。局部根系供NH4+能显著增加其自身根系的平均直径,且使另一侧(供NO3-)根系的体积和表面积显著增加;局部根系供H2O处理下其自身根系总长度、表面积、体积和平均直径均最小,但另一侧(供NO3-)根系总长、表面积和体积显著增加。上述结果表明,根系对不同形态氮素的适应性表现为根系形态的变化。     

不同抗旱性花生品种的根系形态发育及其对干旱胁迫的响应

为明确不同抗旱性花生品种的根系形态发育特征,探讨其根系形态发育特征对不同土壤水分状况的响应机制,在防雨棚旱池内进行土柱栽培试验,研究抗旱型品种"花育22号"、"唐科8号"和干旱敏感型品种"花育23号"3个不同抗旱性花生品种根系形态发育特征及其对干旱胁迫的响应。结果表明:抗旱型品种根系较发达,具有较大的根系生物量、总根长、总根系表面积。干旱胁迫使抗旱型品种根系总表面积和体积增加,而干旱敏感型品种则相反。干旱胁迫显著增加抗旱型品种"花育22号"20 cm以下土层内根长密度分布比例及根系表面积和体积,但"唐科8号" 相应根系性状仅在20-40 cm土层内增加;干旱胁迫使干旱敏感型品种"花育23号"40 cm以下土层内各根系性状升高,但未达显著水平且其深层土壤内各根系性状增加幅度小于"花育22号"。花生根系总长、总表面积及0-20 cm土层内根系性状与产量间呈显著或极显著正相关。土壤水分亏缺条件下,花生主要通过增加深层土壤内根长、根系表面积和体积等形态特性,优化空间分布构型,以调节植株对水分的利用。     

盐胁迫和温度对桑树种子萌发及幼苗生长的影响

以16年生桑树种子为试验材料,研究了不同NaCl浓度和温度对种子萌发、幼苗生长及根系生长的影响。结果表明:随盐浓度增加,发芽率、发芽指数、活力指数、幼苗干质量、根干质量和根冠比、根长和根表面积降低,平均发芽时间和根平均直径增加。随温度的上升,发芽率和发芽指数逐渐升高,平均发芽时间变小,但幼苗生物量、根系生物量、根冠比、根长和根表面积都是先增加再降低,30℃时最大。NaCl浓度和温度在平均发芽时间、根系生物量和根冠比上有着显著的交互作用,适度的高温缓解了桑树种子萌发时的盐胁迫程度。幼苗生物量与根系生物量、根冠比、根长和根表面积成极显著正相关,根系生长是反应幼苗受胁迫的敏感指标。     

土壤干旱对冬小麦幼苗生理特性的影响

采用盆栽试验对不同土壤干旱条件下冬小麦幼苗生理特性进行了研究。结果表明,幼苗叶片叶绿素a、叶绿素b、叶绿素总量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度、株高、叶面积、叶干重、茎干重、根干重、总生物量,均随土壤水分的减少而呈降低趋势;叶片水分利用效率和根冠比均呈增加趋势。通过回归分析发现,冬小麦幼苗叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和WUE与土壤水分之间,均存在极显著线性关系。以上研究结果说明,土壤干旱对冬小麦幼苗光合特性、蒸腾特性、气孔导度、WUE及生长特征具有重要影响。     

食用向日葵杂交种根系形态和生物量对苗期干旱的响应

研究干旱胁迫对向日葵根系形态和生物量的影响,对向日葵抗旱育种和节水栽培具有重要意义。试验采用水培PEG模拟干旱胁迫的方式,对17份食用向日葵杂交种苗期的根系形态和生物量进行了比较分析。结果表明:苗期干旱胁迫下,食葵杂交种总根长和根尖数呈现增加趋势,根表面积、根体积和根平均直径呈现降低趋势。根干重和根冠比相对增加,而地上部干重和整株生物量的积累受到抑制。     

干旱胁迫对桉树幼苗的生长和某些生理生态特性的影响

以尾叶桉U6(Eucdypius urphyllae cv U6)无性系为研究材料,盆栽于土壤相对含水量分别为100(I,CK)、80(Ⅱ)、60(Ⅲ)和40(Ⅳ)条件下30 d,研究干旱胁迫对桉树幼苗的生长和某些生理生态特性的影响.结果表明,土壤干旱胁迫对桉树幼苗株高、茎、根系生长,叶片数、叶面积及生物量等指标均产生显著影响,但根、茎生长受干旱胁迫影响的程度明显低于叶片生长.与对照组相比,各指标值均随土壤相对含水量的降低表现出下降趋势.土壤干旱胁迫也显著影响桉树幼苗叶片含水量、叶绿素含量及游离脯氨酸含量     

剪叶程度对烤烟漂浮苗根系生长及生理特征的影响

为了研究不同剪叶程度对烤烟漂浮苗根系生长和生理特征的影响,以烤烟品种K326为材料,进行了剪叶面积1/3、1/2、2/3和不剪叶的烤烟漂浮育苗试验。结果表明,剪叶可抑制烟苗茎生长过高,促进根的生长发育;剪叶面积为1/3～1/2时,根的总根长、根表面积、根体积、根系平均直径和二级侧根数均显著高于不剪叶(根长和根体积除外)和剪叶面积为2/3的处理,烟苗根系活力、叶片叶绿素含量和可溶性糖含量均有显著提高     

不同浓度硅处理对玉米苗期形态和根系特征的影响

为探讨不同浓度硅元素对玉米苗期形态和根系生长的影响，以豫单9953为试验材料，设置0、0.5、1.5、3、5和10 mmol/L 6个硅浓度梯度，对玉米苗期株高、叶面积及根系形态特征进行分析。结果表明，硅能增加玉米幼苗的株高、叶面积、植株干鲜重，提高根系所占比例。施硅有效地增加了主胚根和侧胚根的根系长度、根表面积和根体积，显著增加了主根10 cm根段上侧根数目，对根系直径影响较小，硅促进效应表现为侧胚根优于主胚根。通过主成分分析筛选出株高、植株总干重和主根长等6个指标，可作为指示性指标用于评价硅酸钠对玉米幼苗地上和根系形态的影响。计算不同浓度下第一、二和第三主成分综合得分并对其进行排名，最终得到当硅浓度为3 mmol/L时，玉米叶片和根系生长指标最优。     

黄栌根系结构与个体健康程度的关系

以北京延庆八达岭国家森林公园红叶岭景区阳坡黄栌纯林为调查对象,采用人工挖掘法,研究黄栌根系结构与个体健康程度的关系。结果表明:健康程度、树木大小及其交互作用对黄栌根系结构影响显著;健康黄栌根系结构各指标显著高于中等健康黄栌和不健康黄栌,不健康黄栌0.0~0.1 mm、2.0~5.0 mm、>5.0 mm直径范围内的根系显著低于健康黄栌;大树的比根长、比根表面积、比根体积、根尖数量、分枝数量、连接数量和平均连接长度分别比小树低71.8%、54.6%、35.4%、59.3%、26.3%、30.1%和6.9%,在0.0~0.2 mm范围内,小树根系结构各指标及其所占比例显著高于大树根系,而在>1.0 mm范围内则显著低于大树根系;黄栌根系的发育能力随着树木老化和健康程度的降低而减弱,不健康黄栌大树的根系发育能力最弱。因此,根系发育程度和结构变化可较好地反映北京地区黄栌健康程度,恢复根系活力可能成为恢复老龄黄栌生命力的重要措施。     

干旱胁迫对不同杨树种群根系形态特征的影响研究

干旱是植物伤害最严重的非生物胁迫之一。干旱造成的农作物减产甚至超过其他环境胁迫导致的减产的总和。全球变化带来降雨分配不均,造成干旱的频繁发生。为了研究杨树根系形态对干旱胁迫的适应性策略,试验设置干旱胁迫处理和正常供水处理,以3个杨树种群作为研究材料,研究杨树幼苗根系形态和干重指标受到干旱胁迫后的变化。结果表明：不同种群根系形态对干旱胁迫存在不同的适应性变化,但根生物量累积均受到干旱胁迫抑制。河北种群通过在干旱条件下维持更细的平均直径、更大的生物量、0～0.5 mm直径的细根长度和更大的比根长等,从而具有更优越的干旱适应特性。     

土壤水分动态对胡杨幼苗生长分配策略的影响

分析土壤水分对幼苗地上及地下部分生长及其分配策略是阐明自然生境中胡杨种子更新困难以及人工培育成活率低的重要途径。本文以2年生胡杨幼苗为研究材料,采用不同土壤水分处理试验,监测幼苗地上部分生长指标(地径、冠幅、株高、叶片数)以及地下部分生长指标(总根长、总根表面积、单位平方米土壤总根长、总根体积),分析不同水分处理及水分梯度对幼苗生长的影响。结果表明:对于胡杨幼苗地上部分的生长,在连续给水处理时,25%含水量更有利于地上部分的生长;而断续给水处理时,最适土壤含水量为30%;胡杨幼苗地下部分生长在不同给水处理下存在显著差别,而25%的含水量要显著区别于其他水分梯度,更有利于根系的生长。一定程度的干旱胁迫后,断续给水比连续给水更有利于根系的生长,且水分梯度在20%~25%之间最有利于根系生物量的积累,地下生物量的积累大于地上生物量,这种地上与地下生长权衡作用有利于幼苗纵向生长的养分、水分获取。在根系构型方面,在土壤水分条件好的情况下则有利于幼苗根系的横向扩展。      

干旱和复水对紫花苜蓿幼苗生长的影响

[目的]揭示干旱胁迫对紫花苜蓿幼苗生长的影响.[方法]以紫花苜蓿“正道”为试验材料,对干旱胁迫及复水条件下紫花苜蓿幼苗的叶片相对含水量、叶绿素含量、地上生物量及地下生物量、植物叶片形态、气孔开度等形态指标及生理生化指标进行测定.[结果]干旱胁迫下紫花苜蓿叶片相对含水量、叶绿素含量、叶片长度、叶片宽度、叶片厚度均逐渐减少;复水后叶片相对含水量、叶绿素含量增加,而叶片长度、叶片宽度、叶片厚度则无明显增加.在干旱胁迫下,紫花苜蓿主根长度、主根直径、地上生物量、总生物量、气孔长度、气孔宽度、气孔开度下降,而根系体积、地下生物量、根冠比、气孔密度则上升.[结论]该研究可为紫花苜蓿在干旱地区和南方地区的推广栽培提供理论依据.     

NaCl胁迫对西伯利亚白刺根系生长及K+/Na+平衡的影响

【目的】探讨西伯利亚白刺根系生长特征及根系中K~+/Na~+平衡与NaCl胁迫的关系。【方法】以西伯利亚白刺水培幼苗为材料,研究0(对照),100,200,300,400 mmol/L NaCl处理对其植株生物量积累、分配,根系形态特征及根系中K~+、Na~+、Cl~-积累情况的影响。【结果】随着NaCl浓度的升高,西伯利亚白刺幼苗根、茎、叶、冠层生物量和根冠比均呈先升高后下降的趋势,其中最大值均出现在200 mmol/L NaCl处理下,而400 mmol/L NaCl处理明显降低了西伯利亚白刺幼苗根、茎、叶、冠层生物量。随着NaCl浓度的升高,西伯利亚白刺幼苗根长、平均直径、表面积及根尖数均呈先升高后下降的趋势,其中最大值均出现在200 mmol/L NaCl处理下,300 mmol/L NaCl处理下西伯利亚白刺根系平均直径和表面积较对照略有增加,但差异不显著,而400 mmol/L NaCl处理下根系生长受到显著抑制。不同浓度NaCl处理下,西伯利亚白刺幼苗根系对Na~+、Cl~-和K~+的吸收增加,但K~+/Na~+随着NaCl浓度的升高逐渐降低。【结论】低浓度(≤200 mmol/L) NaCl处理下,西伯利亚白刺可以通过增加根系生物量、总长度、表面积、根尖数促进根系生长,并通过增加根系离子含量提高根系渗透势差来适应盐胁迫;高盐(400 mmol/L NaCl)处理下则通过提高根系对K~+的选择性吸收来降低根系中K~+/Na~+,从而降低单盐毒害作用,提高其耐盐性。