黄土丘陵区草本群落生物量空间分布格局及其影响因素

草地是干旱半干旱地区黄土高原植被组成的主体,而草本植物作为草地生态系统的优势群落,在黄土高原恢复植被和水土保持建设方面存在着不可替代的优势。因此本试验选取黄土丘陵区不同纬度下的草本群落为研究对象,分析草本群落地上、地下生物量的空间分布特征及其影响因素,同时并验证等速生长关系,以期为黄土丘陵区恢复植被、改善生态建设方面提供理论指导。结果表明:(1)在纬度梯度35.95°~38.36° N变化范围内,黄土丘陵区不同植被带草本群落地上生物量变化范围为54.60~204.32 g·m^-2,平均值156.968 g·m^-2,变异系数为27.83%;地下生物量变化范围为78.88~829.64 g·m^-2,平均值469.21 g·m^-2,变异系数为48.87%;草本群落地下/地上生物量变化范围为 0.93~4.49,平均值2.89,变异系数为39.18%。草本群落生物量(地下、地上)大小顺序均为:森林-草原带>草原带>森林带>草原-荒漠带,且地上、地下生物量随纬度梯度变化规律均呈现出“先增加后减少”的单峰型变化趋势。(2)草本群落地下与地上生物量呈极显著正相关(P<0.01),决定系数达到0.59,且符合等速生长关系。(3)草本群落地下生物量与年均降水、年均温、土壤有机碳、全氮、全磷含量之间均呈显著相关。气候因子和土壤理化性质对地下生物量都具有重要影响作用,其影响机理还需进一步结合植物生物学和生理生态方面的综合研究才能做出准确结论。     

铅胁迫对金丝草生长及生理生化的影响

采用土培方法,探究不同梯度铅胁迫(0、1000、2000和3000 mg·kg^-1)对金丝草生长形态、体内抗氧化系统和渗透调节物质的影响。结果表明:低浓度(1000 mg·kg^-1)处理会诱导金丝草叶片过氧化物酶(POD)活性、可溶性蛋白(SP)含量和根系抗超氧阴离子自由基活力(ASAFR)、可溶性糖(SS)及脯氨酸(Pro)含量增加,使得金丝草植株总抗氧化能力(T-AOC)处于较高水平,促进了金丝草株高、叶长和生物量的增加。随胁迫浓度增加,高浓度(2000~3000 mg·kg^-1)处理下,金丝草叶片和根系丙二醛(MDA)含量迅速增加,株高、叶长、叶面积和生物量下降,生长受到抑制。但金丝草通过增强叶片和根系POD、过氧化氢酶(CAT)活性来抵御过氧化作用,提高可溶性蛋白和可溶性糖含量维持细胞正常运作,增加根系生物量占比来加强根系发育,一定程度适应了高浓度铅胁迫。综上表明,金丝草主要通过叶片和根系不同抗氧化酶差异化响应、提高渗透调节物质含量,提升金丝草植株总抗氧化能力等途径来提高Pb耐性,对Pb污染矿区植物修复有较大潜力。     

小黑麦与黑麦花序结构和籽粒特性比较

植物的花序结构及其形态特征是影响种子生产性能的重要因素。对于禾本科植物而言,其花序大小、小穗数、小花数及小花的外稃、内稃和芒的性状特征直接影响种子形成和产量。本研究通过测定小黑麦品系C2、C35和黑麦品系C13、C33的花序结构特征,得到以下结果:小黑麦花序[(14.30±0.52) cm×(1.24±0.09) cm]明显大于黑麦[(13.20±0.35) cm×(0.82±0.02) cm],小黑麦花序长而粗,黑麦花序短而细;小黑麦花序的小穗数[(21.35±1.47)个]少于黑麦[(30.20±0.79)个];小黑麦每个小穗的小花数较多,为3~4朵,黑麦的小花数趋于稳定,每个小穗有2朵小花。从花序中部小穗的小花结构看,小黑麦下位护颖长[(1.27±0.11) cm]和宽[(0.26±0.03) cm]、上位护颖长[(1.30±0.09) cm]和宽[(0.23±0.04) cm]均显著大于黑麦下位护颖长[(1.04±0.05) cm]和宽[(0.08±0.01) cm]、上位护颖长[(0.94±0.10) cm]和宽[(0.06±0.01) cm];小黑麦中部小穗第1小花的外稃宽[(0.32±0.03) cm]、外稃高[(0.24±0.03) cm]和芒长[(8.35±0.51) cm]、第2小花的外稃宽[(0.35±0.04) cm]、外稃高[(0.25±0.05) cm]和芒长[(8.37±1.19) cm]极显著大于黑麦相应值[(0.26±0.01),(0.15±0.01),(5.50±0.19),(0.25±0.01),(0.17±0.01)和(5.18±0.23) cm];第1和第2小花的外稃长[(1.35±0.06),(1.37±0.06) cm]和内稃长[(0.84±0.04),(1.41±0.06) cm]均小于黑麦的外稃长[(1.49±0.05),(1.47±0.05) cm]和内稃长[(1.45±0.05),(1.47±0.04) cm]。小黑麦的穗粒数[(52.50±1.80)粒]显著低于黑麦[(58.50±2.50)粒] (P<0.05),但其穗粒重[(2.08±0.04) g]、粒重[(0.04±0.00) g]和籽粒宽[(3.04±0.32) mm]均极显著高于黑麦 (P<0.01),每个花序的籽粒不仅体积大,而且质量较重,其籽粒的生产性能高于黑麦。小黑麦籽粒呈椭圆形或长卵圆形,浅黄色,表皮皱缩,饱满度差;黑麦籽粒呈窄纺锤形,青灰色,表皮光滑,籽粒饱满。小黑麦和黑麦花序结构与籽粒性状的Pearson相关分析表明,小黑麦花序宽和花序基部小穗数与籽粒长显著正相关(P<0.05),花序长与籽粒宽极显著正相关(P<0.01),花序中部小穗的下、上位护颖宽分别与穗粒重和穗粒数极显著正相关(P<0.01);黑麦花序中部小穗第2小花的内稃长与籽粒长显著正相关(P<0.05),外稃高与穗粒数极显著负相关(P<0.01)。研究小黑麦和黑麦的花序结构和籽粒特征,对正确区分二者和了解其籽粒的生产性能具有重要意义,同时有利于小黑麦的示范推广。     

民国时期西北地区苜蓿栽培利用刍考

自汉代苜蓿引入我国以来,受到历朝历代的重视,民国时期亦不例外,苜蓿种植利用也得到了发展。在收集近现代有关苜蓿研究文献的基础上,对民国时期西北地区苜蓿种植利用情形进行了梳理与归纳,结果表明,在民国时期西北地区乃为我国苜蓿种植集中区,在陕西、甘肃、新疆、绥远(西部)、宁夏和青海等都有种植,据不完全考查,种植苜蓿的县有52个,其中以陕西最多,达22个县,甘肃次之为14个县,新疆为8个县,绥远(西部)为3个县,宁夏2县(道)和青海1个县。特别是陕甘宁边区发展苜蓿的势头高涨,如1942年边区政府在延安、安塞、甘泉、志丹、定边、靖边等县种植苜蓿达3万亩,陇东种植苜蓿2.3万亩;1944年延川县紫花苜蓿保留面积2.0万亩,到1949年,陕西全省种植苜蓿约98.49万亩。1949年新疆苜蓿保留面积达29300 hm²。绥远河套地区还进行了苜蓿粮草轮作,并建立了苜蓿种植基地。为了鼓励苜蓿种植,边区政府出台了不少政策,例如,1941年边区政府公布了《陕甘宁边区政府建设厅关于种牧草的指示信》,1942年边区政府颁布了《陕甘宁边区卅一年推广苜蓿实施办法》等,李仪祉在治理黄河的方略中,从大农业、生态环境和经济效益出发,提倡广种苜蓿,肥田养畜,并提出了4条种植苜蓿的措施。李烛尘提出,苜蓿根入土深,且能耐旱,适宜西北地区种植和培植草原。苜蓿除用于饲喂家畜外,幼嫩时可当蔬菜食用,在灾荒年也是百姓很好的救荒食物,苜蓿作为农产品常出现在兰州的市场上,试验表明苜蓿保存水土流失的作用要大于作物。     

草地群落类型对乳白香青种群特征和雌雄株形态及抗性的影响

为探究亚高山雌雄异株草本植物乳白香青对生境的适应方式,通过测定5个草地群落(A-老芒麦改良草地,B-虉草改良草地,C-天然草地,D-天然草甸,E-沙化草地)中乳白香青种群数、种群密度和面积、分布系数、性比组成,以及雌雄株构件性状、生物量配比、水分分配及抗性物质含量等参数,研究群落组成对乳白香青种群特征、雌雄株形态可塑性及抗性的影响。结果表明,5个草地群落的优势种、群落密度、基盖度、物种密度和优势种高度及土壤理化性状的显著差异(P<0.05),使不同群落中乳白香青种群特征显著不同,群落类型对种群特征参数影响顺序为种群面积>种群密度>性比>年龄结构>种群数>分布系数;D群落中乳白香青种群数和分布系数最高,C中乳白香青种群面积和密度最大,E中乳白香青种群数仅分别为D和C中的30.21%和35.11%,分布系数仅为C中的36.04%;群落类型对乳白香青种群年龄结构和性比有显著影响(P<0.05),雌株数为雄株的2.22~7.03倍;叶数和叶面积、株高和茎径、根长、小花数和苞片层数有显著的性别差异(P<0.05),群落类型对雌雄株的叶数和叶面积、株高、根数、花序数和小花数有显著影响,对雄株茎径和苞片层数有显著影响;雄株总生物量和花分配比显著高于雌株,而根分配比显著低于雌株(P<0.05),群落类型对乳白香青生物量配比有显著影响,雌株生物量配比受影响顺序为花>总生物量>叶>根>茎,雄株受影响顺序为花>茎>叶>总生物量>根;雄株茎、叶、花含水量显著高于雌株(P<0.05),根含水量在性别间和群落间差异较小,雌株构件含水量受群落类型影响顺序为花>茎>叶>根,雄株为叶>茎>花>根。雄株中MDA含量高于雌株,雌株中H₂O₂含量及T-AOC活性大于雄株(P<0.05),群落组成对雌、雄株中H₂O₂和MDA含量及T-AOC活性有极显著影响(P<0.01)。A和B中H₂O₂和MDA含量最低,E中H₂O₂和MDA达最大值,而T-AOC活性最低。雌、雄个体均能依据群落生境调整生长策略,通过构件性状、生物量配比、水分分配和抗性生理等适应性变化,使种群具有与生境匹配的种群特征,利于提高种群适合度和生活史完成。     

我国明代苜蓿栽培利用刍考

苜蓿被《救荒本草》《本草纲目》《群芳谱》和《农政全书》以及明皇帝实录与方志等经典要籍所记载,充分体现了苜蓿在明代的重要性、研究的普遍性和种植的广泛性。本研究以记载明代苜蓿的相关典籍为基础,应用植物考据学原理和方法,结合现代研究成果,对明代苜蓿种植分布与状况、植物生态生物学特性、栽培管理和利用方式等进行尝试性研究考查。结果表明,明代在山西、陕西、河北、河南、山东、安徽、江苏、北京、甘肃和宁夏等省均有苜蓿种植,其中以“三晋为盛,秦、鲁次之,燕、赵又次之”。在苜蓿植物学、生态生物学研究方面成绩显著,对苜蓿植株形态、花色及其着生部位、荚果种子形状的精准描述已达到现代植物学的水准。同时,对苜蓿的轴根性也有一定的认识,记载其根的形态与黄芪的根相类似。在明代出现了紫花和黄花2种苜蓿的记载;主张苜蓿与荞麦混作,并利用苜蓿的肥田能力,将苜蓿纳入了轮作制度中;提倡7、8月种苜蓿,一年三刈,种子田一刈;苜蓿3年后生长进入旺盛期,7、8年后衰退垦去。在苜蓿饲用方面明代王象晋提出了最佳利用时期,即“苜蓿花时,刈取喂马牛,易肥健食”。同时,在苜蓿的食用、药用等方面人们利用得更加具体有效。此外,苜蓿还可做贡品。     

羊草种子萌发相关基因的筛选及表达分析

前期实验表明,变温处理(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)可显著提高羊草种子的萌发率,且羊草种子萌发中的第1天是接受变温信号的关键时期。以此为研究基础,结合羊草种子变温萌发的转录组测序数据,针对羊草种子萌发初期对变温处理的响应筛选出与种子萌发、休眠及低温相关的基因24个,利用测序结果中这些基因的RPKM值制作基因表达热图并分析其表达差异。以萌发率高、低的两种羊草种质的种子为材料,对24个基因在恒温12 h(28 ℃)和变温1 d(28 ℃ 12 h/16 ℃ 12 h)萌发处理中的表达分别进行了定量分析。结果表明,与恒温对照相比,变温处理12 h后,表达明显上调的基因有SAIN1,PP2C62,EXPB3,EXPB4,GA3ox,EXPA2和EXPA7,而表达明显下调的基因有bHLH49,GID1,ABI8,Chi1,11833,CBF3,NAC2,PP2C72,SAIN2和5423。通过进一步分析相关基因在高、低萌发率两个种质中表达的差异,筛选出其中可能与羊草种子萌发相关的基因有几丁质酶基因Chi1,转录因子基因CBF3,羊草新基因5423,赤霉素合成基因GA3ox,细胞松弛素蛋白基因EXPB4和羊草新基因SAIN1,将为下一步阐明羊草种子萌发的分子作用机理奠定基础。     

断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响

为了研究断奶前补饲不同直/支链淀粉比开食料对羔羊瘤胃上皮发育的影响,选取24只体况良好、胎次一致、体重相近的10日龄羔羊(湖羊),将其随机分为3组,在饲喂相同母乳的基础上,分别补饲以纯木薯(CS)、玉米(MS)和豌豆淀粉(PS)(直/支链淀粉比分别约为0.11,0.27和0.44)为唯一淀粉来源的开食料。试验期间,每天4:00-19:00将羔羊抱入补饲栏补饲不同直/支链淀粉比的开食料,并且在6:30, 10:30和15:30将羔羊抱回母羊舍哺乳1 h。羔羊自由饮水,单栏饲喂,自由采食燕麦干草。56日龄时屠宰采样,采集瘤胃组织样品制作石蜡切片进行瘤胃乳头形态测定,采集瘤胃上皮样品提取RNA测定相关基因表达。结果表明:CS组羔羊瘤胃乳头长度和表面积显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃乳头宽度显著(P=0.001)高于PS组。对瘤胃上皮各层厚度统计显示,CS和PS组羔羊瘤胃上皮角质层厚度显著(P=0.001)高于MS组;CS和MS组羔羊瘤胃上皮颗粒层厚度显著高于(P<0.001)PS组;CS组羔羊瘤胃上皮棘基层厚度和总厚度显著(P<0.001)高于MS和PS组。qRT-PCR结果显示:不同直/支链淀粉比开食料显著影响羔羊瘤胃上皮CDK2和CDK6的mRNA表达量(CS>MS>PS, P<0.001);CS组羔羊瘤胃上皮细胞cyclin A和CDK4的mRNA表达量显著(P<0.05)高于PS组,但与MS组无显著差异;CS组羔羊瘤胃上皮cyclin D1的mRNA表达量显著(P=0.012)低于PS组,但与MS组无显著差异。CS组羔羊瘤胃上皮类胰岛素生长因子-1(insulin like growth factor,IGF-1)的mRNA表达量显著(P<0.001)高于MS和PS组,CS和MS组羔羊瘤胃上皮IGF-1R的mRNA表达量显著(P=0.001)高于PS组。上述结果表明:较高支链淀粉比开食料与较高直链淀粉比开食料相比,在瘤胃中较易降解生成挥发性脂肪酸,促进瘤胃上皮IGF-1及细胞周期蛋白mRNA的表达,进而有利于断奶前羔羊瘤胃上皮的发育。研究结果对制订羔羊营养方案具有重要指导意义。     

耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响

为明确耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响,2014年10月-2016年6月,利用设置在豫西典型旱作区的麦豆轮作栽培模式长期定位试验,选取传统翻耕、翻耕覆盖、旋耕和旋耕覆盖4个处理,比较了小麦氮素吸收利用、籽粒产量、蛋白质含量以及土壤硝态氮残留量。结果表明,与翻耕相比,旋耕不影响小麦产量,但花后氮素积累量、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量分别降低60.0%、8.6%和13.0%,而成熟期0~200 cm土层硝态氮残留量显著提高28.6%。同一耕作方式下,秸秆覆盖较无覆盖不仅显著提高了穗数、穗粒数、千粒重和收获指数,还提高了拔节前和开花后的氮素积累量,促进了营养器官氮素向籽粒中转运,从而使翻耕覆盖的籽粒产量、氮素吸收效率、籽粒蛋白质含量和蛋白质产量较翻耕分别提高11.5%、13.5%、7.4%和21.3%,旋耕覆盖较旋耕也分别提高23.0%、39.5%、12.8%和38.5%。在试验进行7年后的小麦成熟期,翻耕覆盖0~200 cm土层硝态氮残留量较翻耕降低31.3%,旋耕覆盖较旋耕也降低51.4%。因此,秸秆覆盖不仅可提高旱地麦豆轮作下小麦产量、蛋白质含量和氮素吸收效率,还能降低土壤硝态氮的残留量,是兼顾旱地小麦高产优质和环境友好生产的有效途径,尤其以旋耕覆盖效果突出。     

草原灌丛化入侵:过程、机制和效应

草原灌丛化已成为全球性问题,也是生态学、畜牧学研究的热点问题。紧扣草原灌丛化过程、发生机理及其生态学后效等关键问题,介绍了国内外的最新研究进展。灌木入侵途径包括有意识引进入侵和自然入侵2类,入侵过程分为传播到达、定居建群和扩散入侵3个阶段。放牧、火烧、温室气体增加,干旱以及降水格局改变等均可导致草本向木本的转化,且机制复杂,主要有影响草本,木本植物盖度、水分利用效率、化感作用等。木本植物入侵打破了草原生态系统的稳定,表现出沃岛效应,影响动植物的分布以及生态系统的功能和服务。阐明草原“草本-木本”群落演替机制,可为我国研究草原灌丛化和管理提供理论借鉴。