空间转录组(spatial transcriptomics,ST)是一种用于从空间层面上解析RNA-seq数据的技术,利用该技术解析单个组织切片中的所有mRNA。空间条形码逆转录oligo(dT)引物在显微镜载玻片表面的有序附着,使得在mRNA样品处理和后续测序过程中编码和获取位置信息成为可能。与传统的转录组技术相比,空间转录组技术能获得细胞在组织原位环境下真实的基因表达特征,以及与微环境的关系,为基因表达提供高精度、高分辨率原位的空间信息。近年来,空间转录组技术取得了重要进展,检测的细胞通量、转录本数量和质量不断提高,空间定位信息更加准确全面,并已在拟南芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza sativa)、杨树(Populus)等植物中展开研究。该文阐述了空间转录组技术在植物动态发育轨迹、不同组织和细胞类型差异分析、解码植物与微生物群相互作用等研究中的成功应用,讨论了空间转录组测序在植物组织原位测序中存在的问题和挑战,揭示了其在植物研究中的巨大潜力,为相关领域的进一步研究和应用提供了新的视角。
哌啶酸作为一种非蛋白质杂环氨基酸,是生物代谢产物生物合成的前体。在结构上,其六元环由5个碳原子和1个氮原子组成。它是一种来源于赖氨酸的环状氨基酸,近年来在植物研究中引起了人们的关注。该文总结了哌啶酸的发现、生物合成、生物功能、作用机制及其在农业生产中的应用情况,并对未来的研究方向提出了展望,以期为后续应用奠定基础。
土壤微生物群落功能对土地利用方式变化的响应在土壤生态功能的预测方面具有重要意义。为了明确黑土区土地利用方式对土壤细菌群落的影响,该研究分析了东北黑土区农田、林地和草地的土壤细菌群落结构、共现网络结构及功能基因,并采用结构方程模型探讨了土地利用方式、土壤理化性质、细菌多样性、细菌群落结构、共现网络和功能基因之间的相互作用机制。结果表明:不同土地利用方式的土壤理化性质、细菌群落结构存在显著差异(P<0.05),林地和草地的多样性及共现网络平均度显著高于农田(P<0.05)。林地细菌共现网络正相关边的占比高于其他处理,即林地土壤细菌之间存在更强的协同作用。功能基因研究结果表明,不同土地利用方式显著改变了土壤细菌群落功能基因丰度(P<0.05)。结构方程模型表明,细菌群落结构对功能基因的直接影响最大,土地利用方式对土壤细菌群落功能基因的间接影响最大。综上,该研究进一步证实土地利用方式对土壤细菌群落的影响,为黑土区土地管理提供了科学依据。
草地是大庆市最主要的土地类型之一,掌握草地生物量的时空动态对了解大庆地区的碳汇潜力具有重要意义。运用MODIS-NDVI遥感数据和草地地上生物量实测数据,结合回归分析构建大庆城区草地地上生物量遥感反演模型。使用趋势分析及相关分析等方法,对大庆草地地上生物量过去20余年的时空分布格局及其与主要气候因子(降水量、温度)的关系进行研究。结果显示:利用归一化植被指数(NDVI)构建的指数函数反演模型对大庆草地地上生物量解释度最高,其决定系数R2 为0.77,均方根误差为38 g⋅m-2。2000—2023年大庆城区草地生物量表现为波动增加的趋势,2019年达到最高314 g·m-2;大部分区域草地地上生物量呈显著上升趋势,最大值为423 g·m-2,平均值为280 g·m-2,其空间特征呈现为从东南到西北逐渐增加的分布格局,北部集中、南部分散。降水量对生物量有显著的促进作用(r=0.584,P<0.05),月均温对生物量作用不明显。以上研究结果可以为大庆草地科学设置载畜量和采油区、优化草地资源利用策略提供有力的理论基础和数据支持。
新疆盐碱地广阔,明晰新疆乡土抗旱耐盐碱的沙枣(Elaeagnusangustifolia)各器官-土壤间碳、氮、磷化学计量循环特征,对于促进塔里木河中下游荒漠盐碱地植被构建和生态修复具有重要意义。以塔里木河中下游胡颓子属沙枣林植物(大果沙枣(E.moorcroftii)、沙枣)为对象,分析林内2种树种不同器官(叶、枝、根)和土壤的化学计量特征及其相互关系。结果表明:(1)沙枣林植物(大果沙枣、沙枣)叶片碳(C)、氮(N)、磷(P)的平均质量分数分别为424.36~484.40 g⋅kg-1、33.83~38.71 g⋅kg-1、1.50~2.20 g⋅kg-1,表现为C、N适中、P略低,且大果沙枣和沙枣的N∶P(17.64、22.82,质量比,下同)均大于16,受P限制。(2)沙枣林植物(大果沙枣、沙枣)各器官生态化学计量特征存在显著差异(P<0.05),N、P含量均为叶片最大。(3)沙枣林(大果沙枣、沙枣)土壤各元素含量受土层深度影响明显,表现为沿土壤剖面垂直递减,且呈现一定的表层(0~20 cm)富集现象。0~60 cm土层的C∶N(质量比)、C∶P(质量比)和N∶P分别为17.94、9.32、0.62,土壤N元素矿化能力较弱,氮素缺乏。(4)沙枣林(大果沙枣、沙枣)土壤N、P含量与根N、P含量呈显著正相关(P<0.05),沙枣叶N含量与0~20 cm土壤C、各层N含量呈显著负相关(P<0.05),与土壤P含量呈显著正相关,叶片P含量与各层土壤P含量呈显著正相关,叶片C与土壤C无显著相关(P>0.05)。总体来说,沙枣林植物面对贫瘠、盐碱较重的土壤时,其枝条和根系中贮存养分较少,通常会将养分优先提供给叶片,研究区沙枣林植物地上部主要受P限制,地下部主要受N限制。因此,沙枣林植物整体养分循环受N、P元素限制。
为探明黑龙江省胡桃楸(Juglans mandshurica)主要分布地区天然林分种质资源生长性状和果核性状的表型多样性,以黑龙江省胡桃楸主要分布地区的77份胡桃楸种质为研究材料,对6个描述性表型性状和10个数量性状进行分析,采用主成分分析和系统聚类方法进行综合评价。结果表明:描述性表型性状变异系数为4.61%~43.49%,核壳颜色变异系数(43.49%)最大,核壳表面沟纹深度多样性指数(0.829)最大,果核顶尖突出程度的变异系数(4.61%)和多样性指数(0.120)均最小,表型性状相对稳定。数量性状方面,果核大小相关因子的变异系数为4.40%~12.05%,生长因子的变异系数为22.60%~35.57%,单株产量的变异系数(48.50%)最大,单个果核质量均值为9.36 g;单个果核质量与果核纵径、横径、侧径均存在极显著正相关性(P<0.01),单株产量与胡桃楸生长因子、果核大小及单个果核质量均呈极显著正相关(P<0.01)。对10个数量性状进行主成分分析,提取的4个指标累计贡献率为88.410%。聚类分析结果显示,77份胡桃楸种质可分为4组,第Ⅰ组可选育果材兼用品种,第Ⅱ组可用于选育高产、大果形果用品种,其中,Ⅱ组MH9和Ⅰ组BW12可作为选育高产、大果形果用品种的亲本,Ⅰ组BW14可作为选育材用品种的亲本。
细辛挥发油中含有多种活性成分,可以作为细辛药材质量评价的指标;理清不同基原细辛挥发油成分差异,对细辛品质研究及应用具有重要意义。利用气质联用(GC-MS)法对不同基原细辛挥发油成分进行定性及相对定量分析,结合数据分析软件,通过聚类分析(HCA)、主成分分析(PCA)和正交偏最小二乘判别分析(OPLS-DA)找出不同基原细辛的差异性化合物。结果表明:25个批次的细辛样品共检测出59种化合物,按照不同基原划分为3类;细辛挥发性成分差异与细辛基原具有明显关联,确定α-松油醇、肉豆蔻醚、莰烯等11种化合物是不同基原细辛的差异性成分。基于化学计量学方法筛选到的差异成分可以区分不同基原细辛,同时可为细辛资源合理利用提供科学依据。
探究滴灌水肥耦合对‘新林1号’杨(Populus cathayana×canadansis ‘Xinlin1’)生长和光合生理特性的影响,旨在选出促进‘新林1号’杨生长的最佳水肥耦合措施。以10年生‘新林1号’杨为研究对象,设置-20 kPa(I20)、-33 kPa(I33)、-45 kPa(I45)、未灌溉(I0)4个灌溉水平和尿素500 g⋅株-1(N1)、尿素1 000 g⋅株-1(N2)、尿素 1 500 g⋅株-1(N3)、复合肥500 g⋅株-1(F1)、复合肥1 000 g⋅株-1(F2)、复合肥1 500 g⋅株-1(F3)、对照(CK)7个施肥水平,测定‘新林1号’杨树高、胸径及叶片的光合生理指标。结果表明:(1)灌溉和施肥显著增加了胸径、树高和材积年增量。I20灌溉处理的胸径、树高和单株材积年增量最高,比未灌溉分别提高了18.6%、40.6%、60.6%。F2施肥处理胸径、树高和单株材积年增量最大,分别达到了2.47 cm、2.09 m、0.097 m3,比未施肥分别提高了8.3%、7.8%、15.3%。其中I20F2处理‘新林1号’杨生长量最大,显著高于其他处理。(2)灌溉和施肥显著增加了叶片中叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量,提高了谷氨酰胺合成酶活性、硝酸还原酶活性、净光合速率及气孔导度,其中I20F2处理下可溶性蛋白含量、谷氨酰胺合成酶活性、硝酸还原酶活性和叶面积最高。(3)相关性分析结果表明,‘新林1号’杨胸径、树高和材积年增长量与叶片生理指标和净光合速率呈显著正相关,与胞间CO2摩尔分数呈负相关。灌溉和施肥显著改变了叶片生理特性,提高了叶片光合能力,促进了‘新林1号’杨的生长。I20F2处理下,生理指标和净光合速率最高,林木生长达到了最佳水平。因此,保持水分充足(灌溉阈值为-20 kPa)及施复合肥(1 000 g⋅株-1)处理是改善‘新林1号’杨光合生理特征,促进林木生长的最佳水肥耦合措施。
为研究不同生长延缓剂对欧李(Prunus humilis)根状茎扦插生根的影响,该研究以‘晋欧1号’根状茎为材料,测定3种生长延缓剂(烯效唑S3307、多效唑PP333、缩节胺DPC)处理下根状茎的生根率、发芽率、形态、营养物质含量、抗氧化酶活性、内源激素含量等指标,以期筛选欧李根状茎扦插最适生长延缓剂及浓度。结果表明:S3307(50 mg⋅L-1)、PP333(100 mg⋅L-1)和DPC(100 mg⋅L-1)均显著提高欧李根状茎生根率,由对照的22.16%分别提高到78.02%、57.10%和56.70%;还提高根状茎插穗在生根过程中可溶性糖和可溶性蛋白含量及POD、SOD和CAT活性。此外,生长延缓剂促进根状茎插穗生长素(IAA)积累及其合成关键基因ChTAA1、ChTAA2和ChYUC1的表达,同时抑制赤霉素(GA3)、脱落酸(ABA)和玉米素(ZT)合成,有利于欧李根状茎扦插生根。该研究结果为欧李根状茎扦插繁殖提供了理论基础。
近年来,极端气候频发、雨水分布不均,造成党参(Codonopsis pilosula)关键生育期缺水,导致质量和产量下降。针对这一问题,该研究以党参为对象,从糖酵解(EMP)及三羧酸循环(TCA)角度探究硅对干旱胁迫下党参多糖合成的调控效应。设置正常水分(CK)、15% PEG-6000干旱(D)及施加硅后再15% PEG-6000干旱 (Si+D)3个处理组,Si+D组在干旱处理前第7天每盆施用200 mL 2 mmol⋅L-1硅酸钾溶液,干旱处理至7、14、21 d时取样,测定EMP及TCA相关代谢物含量、酶活性和基因相对表达量,同时测定党参多糖及其生物合成相关物质含量,综合分析硅对干旱胁迫下党参多糖合成的调控。结果表明:(1)干旱胁迫导致党参光合色素含量降低,加速蔗糖、果糖及葡萄糖等物质消耗,促进EMP和TCA途径中的能量消耗用于淀粉、多糖等物质的合成及积累,存在产量和质量消长的现象。(2)硅的施用提高了党参叶片相对含水量、光合色素含量、蔗糖及果糖含量,降低了淀粉合成相关酶活性、增强了淀粉分解相关酶活性,导致淀粉、多糖含量下降,但党参整体产量提高;硅促进干旱胁迫下党参EMP途径,阻止TCA过程,使得EMP终产物丙酮酸合成柠檬酸并积累。硅的施加通过影响党参光合作用、调控EMP及TCA途径能量生成及分配,增强党参抵御干旱的能力,整体上对党参多糖的合成及质量、产量起到了正向的调控作用。但随着干旱胁迫时间的延长,调控效应有逐渐减弱的趋势。
采用水提醇沉法提取纯化名贵药食同源中药材铁皮石斛(Dendrobium officinale)茎、叶组织多糖,并研究其吸湿、保湿、美白、抗氧化等活性。从铁皮石斛叶中提取纯化获得的叶多糖(leaf polysaccharide,L-POL)得率为(13.95±0.27)%,纯度达(92.14±7.75)%。L-POL具有较好的吸湿、保湿活性,吸湿率、保湿率分别为(9.50±0.57)%、(25.13±0.24)%。L-POL具有较强的2,2-联苯基-1-苦基肼基(DPPH)自由基清除能力和体外酪氨酸酶抑制活性,IC50值分别为2.232、54.930 g⋅L-1。质量浓度为125 mg⋅L-1的L-POL能显著抑制小鼠黑色素瘤细胞B16合成黑色素,抑制率达36.89%。此外,75~300 mg⋅L-1的L-POL对小鼠黑色素瘤细胞没有细胞毒性(细胞活力89.33%~102.00%)。高纯度的L-POL具有较好的抗氧化、美白、吸湿、保湿活性,为铁皮石斛资源进一步在化妆品或美白功能食品领域中的开发利用提供了新的思路。
在艾(Artemisia argyi)花不同发育期进行形态学观察并利用GC-MS测定其挥发性成分含量,利用光学显微镜和扫描电镜观察花粉结构并利用透射电镜观察花粉的发育过程。结果发现:艾为椭圆形头状花序,盛开艾花花冠呈紫色或黄色。艾花中桉油精、左旋樟脑、龙脑等大部分药用挥发性成分相对含量随艾花开放逐渐降低,而侧柏酮相对含量呈逐渐上升的趋势。艾花粉为3萌发孔和3孔沟结构,表面有刺状-颗粒状复合纹饰,刺为钝形刺,刺间有颗粒状凸起,形状为圆球形和长球形,存在花粉二型现象。观察花粉母细胞时期、单核小孢子时期、双核花粉时期、花粉成熟期的花粉特征及花粉囊中环境变化过程,发现花药中存在大量异常花粉粒。该研究对艾花及花粉特征进行了系统研究,可为艾的形态学、孢粉学和繁殖学研究提供参考。
黄酮在植物体胚发生过程中扮演重要角色。为了探究黄酮对红松(Pinus koraiensis)体胚发生的作 用效果,该研究以红松胚性愈伤组织为试材,通过添加不同浓度、不同种类黄酮(槲皮素、柚皮素、儿茶素)及苯丙氨酸解氨酶(PAL)抑制剂2-氨基茚满-2-膦酸盐酸盐,测定处理后胚性愈伤组织增殖率、体胚数量及氧化胁迫相关指标变化。结果表明:胚性愈伤组织的增殖率随着外源黄酮浓度的升高逐渐降低,而体胚诱导数量先升高后降低,体胚产生数量在20 μmol⋅L-1的外源黄酮处理下达到最高。黄酮能够降低胚性愈伤组织中总活性氧水平(ROS)、过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)含量,升高超氧化物歧化酶(SOD)活性,降低过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)和谷胱甘肽过氧化物酶活性(GPX)。综上所述,外源黄酮主要通过影响胚性愈伤组织氧化胁迫水平,调控细胞增殖及胚性愈伤组织分化进程,促进红松体胚形成。
为了建立一种简便、安全、快速的石蜡制片方法,减少试验过程中有毒试剂二甲苯的使用,以4个时期灵武长枣(Ziziphus jujuba ‘Lingwu Changzao’)的叶和果实为试验材料,采用改良的低熔点多酯蜡(Steedman’s wax)切片法观察不同时期的叶和果实结构特征,包括采用改良包埋试剂,省略二甲苯透明步骤,缩短试验过程,建立起一套可行的植物组织石蜡制片方法,并与常规石蜡切片方法比较,为研究植物组织结构特征提供新思路。结果表明:通过改良的低熔点多酯蜡切片法获得的叶片和果实组织的形态结构完整且染色清晰,该改良方法不但简化了试验步骤、缩短了制片周期,而且制得的切片质量与常规石蜡切片质量无差别,达到了优化试验步骤、避免二甲苯等有毒试剂使用、节省试验时间、整体上提高植物石蜡制片效率的目的,值得用于更多植物形态解剖学研究。
根据《国际藻类、菌物和植物命名法规》(深圳法规,2018)规则9.2的要求,对7个中国菊科(Asteraceae)植物名称原白中采集号错误做了更正,这些名称是宽叶亚菊(Ajania latifolia C.Shih)、观光蓟(Cirsium tsoongianum Y.Ling)、甘肃多榔菊(Doronicum gansuense Y.L.Chen)、太白山飞蓬(Erigeron taipeiensis Y.Ling & Y.L.Chen)、无舌狗娃花(Heteropappus eligulatus Y. Ling ex Y.L.Chen & al.)、小花火绒草(Leontopodium micranthum Y.Ling)和白毛风毛菊(Saussurea lanata Y.L.Chen & S.Y.Liang),这些名称的主模式标本均收藏在中国科学院植物研究所国家植物标本馆(PE)。
香气是吸引消费者购买果实的重要因素之一,光对果实香气的形成具有重要作用。该文综述了光对果实香气品质的影响,具体分析了光质、光强、光周期对果实香气品质的调控机制,以及光与其他因素(温度、水分、CO2浓度和植物激素)相互作用对果实香气品质形成的影响。最后,提出光对果实香气品质影响的研究展望,以期为果实香气品质的研究和改良提供参考。
全球气候变暖背景下,植物叶片面临日益严重的热胁迫,其生长、发育和生产力受到广泛影响。叶片温度直接影响光合作用、蒸腾作用和呼吸作用等重要植物生理过程。因此,研究植物叶片的高温耐受机理具有重要意义。该文以叶片热耐受性参数的常用确定方法为切入点,包括初始荧光(F0)和最大量子产量(Fv/Fm)等关键参数的测定,以及植物受到热胁迫时,最小叶绿素a荧光急剧上升的温度(Tcrit)和Fv/Fm下降到其最大值50%时的温度(T50)等反映叶片耐热能力的指标的确定。通过分析前人关于不同物种间叶片热耐受性的研究结果,发现热耐受物种具有较高的Tcrit和较低的叶片热敏感性(ΔT),能够在较高温度下保持光系统Ⅱ(PSⅡ)的功能。探讨了叶片形态结构、水分散失、气孔调节等温度调节策略在叶片高温耐受中的作用。通过分析叶片热耐受性参数和温度调节策略,揭示植物叶片在高温环境下的适应机制,为理解植物叶片高温耐受机理提供结构和生理基础层面的参考,并为未来深入研究植物耐热性提供理论支持。
高等植物在高于最适温度且低于逆境高温的温和高温范围内,发生的一系列形态变化统称为热形态建成。在这些形态变化中,以高温诱导的下胚轴伸长受到的关注最多,研究也最为深入。SMALL AUXIN UP RNA(SAUR)基因家族在促进生长和细胞伸长过程中发挥着重要作用。然而,对于高温调控SAURs的分子机制还知之甚少。该研究以拟南芥(Arabidopsis thaliana)Col-0野生型、pif4-2突变体和4种转基因植物为材料,采用实时荧光定量PCR、染色质免疫共沉淀、双荧光素酶报告基因检测和表型分析的方法探索了热形态建成中高温调控SAUR1~SAUR4的分子机制。结果表明:高温促进SAUR1~SAUR4转录,并且这一促进作用需要转录因子PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 4(PIF4);转录因子PIF4结合SAUR1~SAUR4启动子区中含有E-box的区域,并且温和高温会提高这些结合的强度;在热形态建成信号转导通路中SAUR1处于PIF4的下游;PIP4对SAUR1~SAUR4的调控需要生长素信号转导通路的参与。以上结果表明,高温通过影响PIF4与SAUR1~SAUR4启动子染色质的结合强度来调控这4个基因的转录。该研究有助于理解热形态建成中高温调控下胚轴伸长的下游分子机制,从而丰富抗热育种理论。
生长调节因子(GROWTH-REGULATING FACTOR,GRF)是一种植物中广泛存在的特异性转录因子,在植物的生长发育和胁迫响应过程中发挥着重要作用。该研究对白桦(Betula platyphylla)GRF基因家族进行生物信息学分析发现,白桦中包含9个GRF基因家族成员,均具有保守的WRC和QLQ结构域,启动子顺式作用元件预测分析发现,BpGRFs家族基因的启动子区域包含丰富的响应生长发育、激素代谢和胁迫反应等的相关元件。qRT-PCR结果表明,BpGRF4在白桦的各组织中均呈现高水平表达,进而通过农杆菌介导法获得了白桦过表达BpGRF4株系(OE-1、OE-2、OE-3),用以探究BpGRF4在白桦发育过程中的作用,过表达BpGRF4株系在株高、地径、节间长度、分枝长度均显著提升。另外,OE-3株系的皮层、韧皮部和髓心面积显著增大,叶片表皮细胞较野生型增大约51.6%。综上,过表达BpGRF4的白桦植株生长发育受到了积极调控作用,该结果为解析GRF基因家族在白桦生长发育过程中发挥的功能提供了一定理论依据。
该研究旨在通过建立马尾松(Pinus massoniana)原生质体的分离和制备系统,实现基因的瞬时转化,从而推动马尾松基因功能研究和遗传转化体系的发展。研究选取了马尾松不同发育时期的外植体材料,包括针叶、下胚轴和愈伤组织,探讨了不同酶解条件对原生质体分离效率的影响,并通过试验优化了马尾松原生质体的制备流程,涉及不同类型的组织、不同的渗透压和酶解时间。研究结果表明:在0.5 mol⋅L-1甘露醇渗透液中,使用马尾松针叶组织进行6 h酶解处理是提取原生质体的最佳条件。基于此,该研究构建了一个适合马尾松的瞬时转化体系,并通过对比不同转化条件,实现了外源基因在马尾松原生质体中的瞬时表达。研究还发现,经过优化的原生质体制备体系能够显著提升原生质体的质量和转化效率,在使用聚乙二醇(PEG)介导的转化方法时,转化效率高达47.83%。综上,该研究成功构建了马尾松原生质体高效分离体系,为针叶树种基因功能解析提供了可靠的瞬时表达系统。
利用石蜡切片技术对多花黄精(Polygonatum cyrtonema)不同发育时期的花芽切片,探究多花黄精大小孢子发生及雌雄配子体发育特征,为多花黄精遗传育种提供基础资料。结果显示:(1)多花黄精花药壁由表皮、药室内壁、中层和绒毡层各1层细胞构成,绒毡层为分泌型,成熟药室内壁具纤维性加厚,成熟绒毡层细胞含二核或多核结构;(2)小孢子母细胞减数分裂过程中胞质经连续型分裂形成左右对称的四分体,成熟花粉粒多为二细胞型,偶见三细胞型;(3)多花黄精大孢子母细胞经减数分裂后形成直线排列的四分体,胚囊发育类型为蓼型。多花黄精生殖细胞的发育特征与黄精属其他植物具有相似性,分泌型的绒毡层和三细胞型花粉粒的存在说明多花黄精具有更为进化的发育特征。
为探究农户种植棚与商业种植基地生产的黄渡番茄(Solanum lycopersicum)风味品质及土壤影响因子差异,该研究以分别种植于安亭镇泥岗村农户种植棚和百蒂凯基地种植棚的黄渡番茄品种“合作903”为试验材料,采集番茄果实、根际土壤,进行果实品质及其相关酶活性、酶编码基因表达特性和土壤酶活性、土壤氮磷钾含量测定与分析。与百蒂凯基地种植棚相比,农户种植棚种植的番茄果实可溶性糖、可溶性蛋白、番茄红素含量分别高了62.1%~141.1%、57.8%~66.1%、36.6%~212.6%;果实可滴定酸含量低了51.2%~71.9%,但Vc含量二者之间无明显差异。与百蒂凯基地相比,农户种植棚的土壤脲酶和蔗糖酶活性高了3.9%~106.9%和28.1%~47.5%,但酸性磷酸酶活性低了33.3%~56.1%;农户种植棚的土壤全氮含量和速效钾含量分别低了34.1%~44.8%和76.5%~84.5%,且农户2棚的土壤速效磷含量显著低于百蒂凯基地B091棚,达63.1%。此外,相较于其他种植棚,农户1棚的番茄果实蔗糖合成酶活性显著高了36.5%~140.5%,农户2棚和B091棚的果糖激酶活性分别高了29.2%~73.1%和40.7%~88.5%,且农户1棚的番茄果实中LeSS、LeFRK2、LeHXK3、LeME基因相对表达量显著高于百蒂凯基地种植棚的果实,但在百蒂凯基地B077棚种植的番茄果实中LePFK基因相对表达量最高;LeLYCB基因在农户2棚果实中相对表达量最高;LeLYCE基因在B085棚果实中相对表达量最高;LePSY基因在农户种植棚果实中相对表达量最高。土壤酶活性的改变,调节了土壤有效氮磷钾含量,改变了番茄果实风味品质相关酶活性及酶编码基因表达,导致了黄渡番茄风味品质的差异。
东北槭(Acer mandshuricum)为东北地区极具观赏价值的彩叶树种,但繁殖困难,该研究旨在提高东北槭嫩枝扦插生根率,厘清平茬处理与东北槭嫩枝扦插生根的关系。2023年,以未平茬东北槭当年嫩枝(Pc-CK)为对照,观测Pc-2(2022年平茬)和Pc-1(2023年平茬)当年嫩枝横截面解剖结构、生长指标、叶片生理生化指标及嫩枝插穗生根指标。结果表明:Pc-1嫩枝插穗生根率、平均根长、平均生根数量和根系效果指数均大于Pc-2(P<0.05)和Pc-CK(P<0.05);嫩枝茎横截面表皮及皮层厚角组织厚度、木质部厚度由小到大依次为Pc-1、Pc-2、Pc-CK(P<0.05)。Pc-1嫩枝枝长、基径、叶面积、叶鲜质量及含水量均显著大于Pc-CK(P<0.05)。Pc-1叶片净光合速率和气孔导度分别比Pc-CK提高90%和89%(P<0.05)。同时,Pc-1叶片的叶绿素a、类胡萝卜素、可溶性糖、可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性显著大于Pc-CK(P<0.05),而Pc-CK叶片的丙二醛(MDA)、总黄酮、总酚含量显著大于Pc-1(P<0.05)。综上,平茬处理使东北槭嫩枝复幼,从而促进扦插生根,且Pc-1的幼化生根效果较好,为嫩枝扦插繁殖提供了支撑。
为探明鲁西黄泛平原不同林龄杨树(Populus)人工林生态系统碳储量与环境因子的关系,揭示不同林龄杨树人工林的固碳机制,该研究采用野外踏查和室内分析的方法,对鲁西黄泛平原草地(CK)和4个不同林龄(10、30、40、50 a)杨树人工林的乔木层、草本层、凋落物层、土壤层碳储量分布格局和影响因素进行研究。结果表明:随林龄增长杨树人工林乔木层和凋落物层的生物量占比逐渐上升,草本层的生物量占比逐渐下降,其中乔木层的生物量占总生物量比值最大(93.21%~96.17%),凋落物层次之(3.99%~3.20%),草本层最小(2.84%~0.63%)。杨树人工林碳含量平均值为乔木层50 a最高(420.40 g⋅kg-1),草本层10 a最高(365.86 g⋅kg-1),凋落物层30 a最高(398.67 g⋅kg-1),均显著高于各龄组,土壤层碳含量随林龄增长显著上升。随林龄增长杨树人工林碳储量整体呈增加趋势,由高到低依次为乔木层(975.81 t⋅hm-2)、土壤层(275.06 t⋅hm-2)、凋落物层(38.01 t⋅hm-2)、草本层(19.19 t⋅hm-2);乔木层和土壤层是杨树人工林碳储量的主要组成部分,占总碳储量的95.31%~97.46%。相关性分析和冗余分析表明,影响杨树人工林碳储量的关键因子为树高(H)、土壤有机质(SOM)、胸径(DBH)和林分密度(SD)。研究结果可为鲁西黄泛平原杨树人工林碳汇功能研究及人工林经营管理策略制定提供理论基础和数据支持。
研究林木径向生长与其近邻体结构的关系,有助于了解林分结构的细微之处,使森林经营更加定量化和精确化。以小北湖自然保护区内黄花落叶松(Larix olgensis)林和蒙古栎(Quercus mongolica)林为研究对象,计算优势、伴生树种不同径级林木的径向生长量与近邻体结构参数,采用通径分析探究近邻体结构对不同径级林木径向生长的直接与间接影响。结果表明:无论是作为优势树种还是伴生树种,黄花落叶松和蒙古栎的小径级林木径向生长量均要低于中、大径级,其中,黄花落叶松的小径级林木径向生长量要低于蒙古栎,中、大径级则要高于蒙古栎。小、中径级林木径向生长与近邻体结构显著相关,大径级林木则不相关。开阔比数和竞争指数是影响黄花落叶松和蒙古栎径向生长的主要因子,且对伴生树种的影响程度要高于优势树种。随着径级增大,近邻体结构对径向生长的影响程度逐渐减小。此外,开阔比数与竞争指数的间接相互作用也会影响黄花落叶松与蒙古栎的径向生长。因此,该地区进行森林经营时,应选择小、中径级林木进行近邻体结构调整,以提高它们的开阔比数和降低竞争指数为主。
研究呼和浩特市古榆树心腐特征及其影响因素,并提出古榆树保护策略,为古榆树保护工作提供理论依据。利用Picus³应力波树干横断面扫描仪和TRU树木雷达检测系统对呼和浩特市44株古榆树样本的心腐特征进行普查,采用线性回归模型分析古榆树心腐与健康指标、形态指标和环境指标的关系,探究古榆树心腐的相关影响因素。结果表明:呼和浩特市古榆树心腐等级数量占比从大到小依次为Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅰ级、Ⅳ级,树干心腐始点出现的频率从高到低依次为髓心(S,36次)、树干边材(B,25次)、树干中部(Z,14次)。根系密度在垂直和水平方向上的分布规律一致,均表现为离主干越近根系密度越大。影响因素中主干病害(R2=0.302)、主干虫害(R2=0.234)、树皮损伤(R2=0.225)、土壤紧实度(R2=0.248)与心腐指数关系极显著(P<0.01);根系生长空间 (R2=0.187)、树冠生长空间(R2=0.103)、根系密度(R2=0.121)与心腐指数关系显著(P<0.05);而主干倾斜(R2=0.011)、冠形(R2=0.013)与心腐指数无显著关系(P>0.05)。呼和浩特市古榆树心腐初期主要发生在树干的髓心和边材区域,病因是树干边材受到损伤,但髓心出现的心腐危害更严重。古榆树树干健康随树木生长逐渐衰退,且当树干出现腐烂或空洞时,树干衰退速度加快。古榆树心腐与健康指标、环境指标有显著相关性,与古树自身形态指标无显著相关性,根系密度也是影响古榆树心腐的重要因素。因此,及时评估古榆树健康状态,及时人为干预治疗修复,加大力度保护树体免受损伤,加强树干内部损伤检测,在可实现范围内应合理规划古榆树生长所需的物理空间,并及时松土保证其有充足的生长空间和养分补给,注意病虫害防治和树皮损伤修复,减少外界环境侵害,提高古榆树养护成效。
该研究通过分析不同居群表型变异及其与环境因子的关系,探究铃铛刺(Caragana halodendron)叶性状的环境适应机制,以期为铃铛刺优良品种选育、荒漠地区物种多样性保护,以及荒漠绿化、水土保持的本土树种应用提供理论依据。该研究以18个铃铛刺天然居群的108个个体为研究材料,收集11个叶相关性状和28个环境因子,利用皮尔逊相关分析和主成分分析,探究铃铛刺叶性状的变异规律及其与环境因子的相关性。结果表明:(1)不同居群铃铛刺叶性状存在较大差异,居群间的变异系数为9.42%~83.12%,居群内变异系数为1.58%~59.07%。对比居群内和居群间的性状变异系数可知,所有性状居群间平均变异系数(31.17%)高于居群内变异系数(21.86%)。(2)叶性状相关性分析发现,铃铛刺叶形状相关性状(叶长、叶宽、叶面积、比叶面积)之间呈显著正相关(P<0.05),叶片含水量与叶形状显著正相关(P<0.05)。(3)性状主成分分析提取的4个主成分累计贡献率高达91.13%。(4)叶性状与环境因子相关性分析显示,叶片形状、叶轴长度、托叶刺长度、小叶数量与干旱、降水、温度、土壤等多个环境因子极显著相关(P<0.01),比叶面积仅与降水量季节性变化极显著相关(P<0.01)。铃铛刺叶片性状变异反映了该物种对干旱和盐碱环境的适应性,表明铃铛刺通过调整叶片形状、叶轴长度、叶片含水量等性状适应环境压力的策略,为理解荒漠植物的适应机制提供了重要见解。
为探讨睡莲属(Nymphaea)花粉形态特征及其在分类学的意义,以睡莲属5个亚属和2个跨亚属共 113个种或品种花粉为材料,使用扫描电镜对其花粉形态进行观察研究。结果表明:(1)睡莲属植物花粉粒均为单粒,辐射对称,中等大小(10.05~37.04) μm×(21.96~64.83) μm。(2)86份睡莲花粉萌发沟为赤道环槽,23份为远极环槽,4份为远极单槽。(3)花粉外壁纹饰包括平滑型、微疣、粗糙型、瘤状和棒状纹饰型、具小窝型。(4)113份睡莲种质共聚为5个类群,其中广温带亚属萌发沟以远极环槽为主,外壁纹饰以瘤状和棒状为主,可以区别于其他亚属。研究认为,睡莲属不同亚属和跨亚属植物花粉大小、萌发沟类型、外壁纹饰存在一定差异,可以作为分类的辅助参考指标,为睡莲种质亲缘关系及系统发育研究提供孢粉学依据。
芍药(Paeonia lactiflora)是芍药科(Paeoniaceae)芍药属(Paeonia)多年生草本宿根花卉,在我国东北、华北和西北等地区广泛分布,但由于人为破坏和环境变化,其种质资源骤减。该研究以东北大兴安岭地区12个野生芍药居群的256个单株为材料,收集了23个表型性状数据,利用巢式方差分析、Pearson相关性分析、主成分分析和聚类分析等方法,探究其表型变异规律与多样性水平。株高、冠幅、茎基粗等15个数量性状的变异系数和Shannon-Wiener指数均值分别为25.88%(12.34%~92.78%)和1.843,小叶类型、小叶内卷程度、花色等8个质量性状的Shannon-Wiener指数均值为1.146。11个表型性状在居群间和居群内均存在极显著差异(P<0.01),居群间表型分化系数均值为25.72%。相关性分析表明,15个数量性状间大多存在显著或极显著相关。花径与纬度、湿度、降水等指标呈负相关,与海拔、日照时间、温度呈正相关;花瓣数量与纬度呈正相关,与日照时间呈负相关;复叶长与降水量呈正相关,表明温度和地理因子对野生芍药花表型性状的影响大于茎叶表型性状。主成分分析共提炼出4个主成分,累计贡献率为88.678%。聚类分析可将野生芍药12个居群分为3类:第1类为P3居群,花部特征为多头大花型,具较强观赏性;第2类包括P7、P9两个居群,株高、茎粗、莛数量、复叶、顶小叶等茎叶性状指标值较其他居群更大,表现为长势旺盛;第3类的9个居群表现为复叶、顶小叶短窄,花径较宽而花梗较短的类型。大兴安岭地区野生芍药表型多样性和变异水平较高,且居群内变异为主要来源。该研究可为更好地保护利用野生芍药资源提供依据。
该研究以采集自30个地点的10种百合(Lilium)为材料,采用比色法测定百合鳞茎的多酚类物质含量及抗氧化活性,采用凯氏定氮法和原子吸收法测定百合鳞茎和采集地土壤的氮、磷、钾含量,并调查采集地环境条件,旨在探索野生百合在抗氧化功能性食品开发方面的应用前景,为进一步开发百合资源提供参考。结果表明:采集自30个地点的10种百合鳞茎中多酚、黄酮、总黄烷醇和总花色苷含量存在显著差异(P<0.05);不同采集地同种百合鳞茎中多酚类物质含量存在显著差异(P<0.05),表明百合种源的品质存在明显的生态区域差异。10种百合鳞茎多酚类提取物对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除能力、铜离子还原能力、金属螯合能力和抑制脂质过氧化能力存在显著差异(P<0.05),且野生百合鳞茎多酚类提取物的抗氧化活性强于传统食用的兰州百合(L. davidii var. unicolor);不同采集地同种百合鳞茎多酚类提取物抗氧化活性存在显著差异(P<0.05),表明百合种源的抗氧化活性具有明显的“道地性”。10种百合鳞茎氮、磷、钾含量存在显著差异(P<0.05),采集地土壤中的氮、磷、钾含量存在显著差异(P<0.05)。相关性分析表明,10种百合鳞茎的多酚类物质含量与铜离子还原能力、DPPH自由基清除能力和抑制脂质过氧化能力之间存在显著或极显著相关性;百合鳞茎多酚类物质含量及其抗氧化活性与环境因子之间存在不同程度的相关性;采集地环境因子对百合鳞茎中多酚类物质含量及其抗氧化活性产生不同影响,总体以年降水量、年均温度为主导,多酚含量与年最低温度、年降水量和年均温度之间呈显著正相关(P<0.05);总花色苷含量与年均温度和风速呈显著正相关(P<0.05)。利用隶属函数对百合多酚抗氧化活性进行综合评价,结果表明:野生百合鳞茎的抗氧化活性优于传统食用的兰州百合,其中四川宝兴县盐井乡新华村泸定百合(L. sargentiae)、陕西镇坪县洪阳乡宜昌百合(L. leucanthum)和陕西岗皋县城关镇卷丹百合(L. lancifolium)综合表现更好,其鳞茎多酚类提取物可作为植物天然抗氧化剂进行开发利用。
丛枝菌根(AM)真菌与菌丝际细菌互作在植物从土壤中活化及吸收磷的过程中发挥着关键作用。该文系统阐述了AM真菌-细菌互作对土壤磷循环的影响及其调控机制。AM真菌菌丝分泌物中的糖类、羧酸盐和氨基酸等物质为细菌提供碳源并特异性招募解磷细菌,菌丝还能作为“移动桥梁”促进细菌迁移。在群落水平上,AM真菌能够调控菌丝际细菌的结构和功能,富集含有磷酸酶基因(如phoD)的功能细菌,提高磷酸酶活性,促进有机磷矿化。基于上述机制,通过调控土壤碳磷摩尔比、添加菌丝分泌物成分等策略可以发挥AM真菌-细菌互作的生物学潜力,提高土壤磷利用效率。
深色有隔内生菌(dark septate endophytes,DSEs)是植物根系真菌组(mycobiome)的重要成员,通常在皮层细胞形成微菌核结构,在促进植物生长、养分吸收及提高胁迫适应性方面发挥着与菌根真菌同等重要的作用,甚至在某些极端环境下其丰度比菌根真菌更高。该文概述了DSEs的物种多样性、基础生物学特性和生理生态功能。在此基础上,重点评述了近年来在共生机理、DSEs基因组结构和种群适应性演化特征等方面的研究进展,旨在为后期深入揭示DSEs新的适应机制、协同植物抗逆机制及开发新型高效DSEs菌剂应用于土壤生态修复和抗逆农林业良种高效培育等提供参考。
丛枝菌根真菌(AMF)是土壤生态系统中关键的微生物群落之一,研究其繁殖技术及应用对于提升农业生产效率与实现农业可持续性具有深远意义。该文综述了AMF的共生机制及其在扩繁体系和菌剂应用方面的最新研究进展。探讨了AMF与植物根系建立共生关系的分子机制;分析了AMF扩繁体系的优化策略,包括无菌培养技术、基质选择和环境控制等关键因素;讨论了AMF菌剂在实际生产中的应用潜力,包括提高作物产量、增强植物抗逆性和改善土壤结构等,并阐述了当前AMF应用领域存在的实际问题与今后的研究方向。该项研究旨在为进一步理解丛枝菌根真菌的重要性提供参考,并为未来新型微生物菌剂的开发及其在农业生态系统中的应用奠定基础。
在全球气候变化背景下,植物入侵现象日益加剧,入侵植物通过降低本地生物多样性,改变土壤微生物群落结构与组成,影响生态系统结构与功能,显著改变土壤氮循环等生态过程。土壤氮循环是生态系统物质循环的重要环节,影响生态系统中氮供应与分配,而全球气候变化和植物入侵正在改变土壤氮循环的效率和途径。菌根作为真菌和植物根系的重要共生体,在土壤氮循环过程中起着至关重要的作用。目前,对于菌根真菌与入侵植物互作对土壤氮循环的影响,仍缺乏系统研究和深入理解。该文综述了近年来关于入侵植物与菌根真菌互作对土壤氮循环影响的相关研究进展,重点分析了入侵植物与菌根真菌互作通过调控土壤微生物群落,影响土壤硝化、反硝化作用及相关土壤酶活性,改变土壤理化性质等机制影响土壤氮循环,并对未来研究方向提出展望。该研究为理解入侵植物在全球土壤氮循环中的作用提供新的视角,并为入侵植物管理与植物入侵影响下氮循环响应评估提供理论依据。