青藏高原高寒草地常见植物叶属性对氮、磷添加的响应

基于海北站氮磷添加实验平台,研究青藏高原高寒草地常见植物叶片干物质含量(LDMC)、比叶面积(SLA)和叶片碳、氮、磷含量(LC,LN,LP)属性对N添加、P添加和NP同时添加的响应。从10个物种总体来看,N添加使LN显著增加9.4%。P添加使LP显著增加81.8%。N添加和P添加对LDMC和SLA有显著的交互作用。在无N添加条件下,P添加使LDMC减小2.3%,SLA增加3.5%;在N添加条件下,P添加使LDMC减小10.1%,SLA增加15.3%。N添加和P添加对基于叶经济谱的物种排序无显著影响,而NP同时添加显著改变了基于叶经济谱的物种排序。结果表明,通过提高SLA和叶片NP含量,使高寒草地植物对光、土壤可利用性N和P的获取与利用能力增强。NP同时添加可以显著改变叶属性的种间变异,进而导致青藏高原高寒草地常见植物在叶经济谱上形成新的分布格局。因此,在利用叶属性预测群落结构和生态系统功能对NP同时添加的响应时,应该考虑物种的特异性响应。     

植物叶相的经济学谱系研究综述

植物叶相分析是利用叶片形态学指标构建与环境相关模型进行气候预测的方法,结合叶片经济学谱系的研究结果,增加多性状之间权衡关系的考量,将有利于此方法的完善。本文以叶片大小、叶片形状、脉络结构和叶缘类型这几类主要的叶相参数为重点,简述其相互之间及与环境的协调适应机制,为该领域的研究提供理论基础。     

桂林市蒋家坝丘陵灌丛植物功能性状的分类研究

不同的植物具有不同的性状特征,而植物的性状特征又决定其对不同生境的适应能力。为探究不同的生境条件下功能性状的分布特征,本研究对桂林市蒋家坝丘陵不同坡位灌丛5 368株植物的生长型、物候型、光习性、基径、树高、叶质、果实类型等进行统计分析。结果表明:植物生长型类型种数呈坡底坡中坡顶;物候型、光习性类型种数呈坡底坡中坡顶;基径、树高平均值呈坡底坡顶坡中;叶质类型种数呈坡底坡中坡顶;果实类型种数呈坡底坡中坡顶。本研究成果有助于理解局域生态学过程及桂林丘陵地区植物功能性状对不同环境的适应特性。     

A general integrative model for scaling plant growth, carbon flux, and functional trait spectra

Linking functional traits to plant growth is critical for scaling attributes of organisms to the dynamics of ecosystems and for understanding how selection shapes integrated botanical phenotypes. However, a general mechanistic theory showing how traits specifically influence carbon and biomass flux within and across plants is needed. Building on foundational work on relative growth rate, recent work on functional trait spectra, and metabolic scaling theory, here we derive a generalized trait-based model of plant growth. In agreement with a wide variety of empirical data, our model uniquely predicts how key functional traits interact to regulate variation in relative growth rate, the allometric growth normalizations for both angiosperms and gymnosperms, and the quantitative form of several functional trait spectra relationships. The model also provides a general quantitative framework to incorporate additional leaf-level trait scaling relationships and hence to unite functional trait spectra with theories of relative growth rate, and metabolic scaling. We apply the model to calculate carbon use efficiency. This often ignored trait, which may influence variation in relative growth rate, appears to vary directionally across geographic gradients. Together, our results show how both quantitative plant traits and the geometry of vascular transport networks can be merged into a common scaling theory. Our model provides a framework for predicting not only how traits covary within an integrated allometric phenotype but also how trait variation mechanistically influences plant growth and carbon flux within and across diverse ecosystems.     

草地植物功能性状变异的程度和来源

分析了内蒙古草地植物的6个功能性状在种间、种内不同种群间和同一种群内不同个体间的变异.结果表明,除株高外其余5个功能性状的变异主要来自种间,但种内变异占总体变异的比例不能被忽视.不同功能性状的种内和种间变异的程度和来源不同,说明不同物种、不同性状对环境变化的响应不同.因此利用功能性状进行各种研究时,应该充分考虑种内变异的影响.     

桂林喀斯特石山不同坡向乔灌木功能性状对比研究

植物功能性状是连接植物与环境的桥梁,能够客观表达植物对不同生长环境的响应,研究植物功能性状特征及其随坡向的变化规律,对认识不同环境梯度下植物群落的形成过程及其对环境的适应机制具有重要意义。以桂林喀斯特石山不同坡向乔、灌木为研究对象,对比分析不同坡向灌丛植物功能性状在营养性状(生长型、生活习性、比叶面积、叶干物质含量、叶片厚度、叶组织密度)和生理性状(叶绿素含量)上的差异,探究喀斯特石山植被对不同坡向微气候生境的适应策略。结果表明:阴坡的灌木和耐阴物种数多于阳坡,比叶面积、叶绿素含量的群落加权平均值为阴坡大于阳坡;阳坡的乔木物种数多于阴坡,叶干物质含量、叶厚度和叶组织密度的群落加权平均值也均为阳坡大于阴坡。植物营养性状(叶片厚度和叶组织密度)为喀斯特石山不同坡向植物群落差异显著的主要功能性状。植物功能性状随坡向的规律性变化,反映了喀斯特石山灌丛群落构建过程中环境对植被的筛选效应。     

美洲黑杨与青杨杂交F1代苗期表型性状的分化及其类型划分

【目的】研究美洲黑杨‘I-69’杨(Populus deltoides ‘Lux’)×青杨(P. cathayana)F₁代初选无性系苗期表型性状指标的分化,解析不同性状分化的生物学和生态学意义,并对无性系进行类型划分,综合考虑无性系性状以及对应的目标用途,为应对干旱等条件下杨树造林的适地适树(无性系)选择提供参考。【方法】以江苏省宿迁市泗洪县半城马浪湖林场36个‘I-69’杨×青杨F₁代无性系3根1干苗为材料,调查苗木的生长量、叶片形态、气孔特征、侧芽萌发情况和分枝特性等17个指标,分析各指标的变异特征,并根据性状变化对无性系进行分类和评价。【结果】F₁代无性系的生长和表型指标均具有显著的分化,总体上呈连续的正态分布特征,其中侧枝数与侧芽萌发率的变异系数最大,分别达102.0%和93.5%。相关分析表明,苗木生长指标与叶片形态以及分枝特性指标显著正相关,但与叶片气孔特征无显著相关。叶面积以及叶干质量分别与叶片长宽比呈显著负相关,与上下表皮气孔密度比呈显著正相关。叶片长宽比与叶柄相对长呈显著负相关,同时也与上下表皮气孔密度比呈显著负相关。叶面积和叶干质量的异速生长指数为1.007 4,整体呈等速生长关系,与分枝特性等无相关关系。基于主成分分析方法,利用表型性状可以把36个F₁代无性系分为8类,不同类型具有独特的生长、分枝特性和潜在的抗旱性能。【结论】美洲黑杨和青杨杂交F₁代无性系表型性状变异丰富,通过早期判断可以针对不同气候和立地条件造林提供无性系选择的初步信息,其中类型Ⅳ中的4个无性系生长量最大、侧枝少,叶型和气孔特性等表型性状表现出一定的耐旱特征,可以选择用于在偏干旱的平原地区或山地进行进一步的适应性造林试验。     

内蒙古克氏针茅草地主要植物叶片功能性状对氮素添加的响应

环境氮沉降的增加影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究分析了中国内蒙古多伦县境内连续6年施氮肥的克氏针茅群落中5种主要植物的功能性状的变化,以探究草地植物对氮素添加的响应策略.研究发现,随着施肥量增加,草地主要植物通过增加植株高度、叶片面积、比叶面积、叶片氮、磷含量,减小叶片干物质含量,提高自身对光资源的竞争能力.该结果说明,随着环境氮输入的增加,植物的响应策略是向着叶片经济谱中低投入快回报的方向移动变化.草地群落总生物量及克氏针茅、黄囊苔草、冰草地上生物量与氮肥添加没有显著相关关系,冷蒿和星毛萎陵菜地上生物量随施肥量的增加而显著下降.该结果暗示着氮沉降的增加通过影响植物功能性状,进而改变植物群落的构成.本研究加深了我们对氮沉降增加条件下植物响应策略及群落演替机制的理解.     

植物功能特征与生产力的关系

利用窜外盆栽方法,就8种一年生植物的相对生长率、比叶面积、叶干物质含量、株高、根深和单位叶面积根量等6个功能特征与生物量的关系进行了研究.结果表明实验所采用的8个植物种类在株高、相对生长率、叶干物质含量、比叶面积、根深、单位叶面积根量等功能特征方面表现出较大的差异,因而在生物最生产上也表现出显著差异.相天分析结果表明:植物地上生物量分别与相对生长率、比叶面积、株高和根深等功能特征显著正相关,与叶干物质含量不相关,而与单位叶面积根量负相关.在本实验条件下,相对生长率、比叶面积、株高、根深和单位叶面积根量5个功能特征可被认为是影响人工草地生产力的关键性特征.     

Evolutionary change from induced to constitutive expression of an indirect plant resistance

Induced plant resistance traits are expressed in response to attack and occur throughout the plant kingdom. Despite their general occurrence, the evolution of such resistances has rarely been investigated. Here we report that extrafloral nectar, a usually inducible trait, is constitutively secreted by Central American Acacia species that are obligately inhabited by ants. Extrafloral nectar is secreted as an indirect resistance, attracting ants that defend plants against herbivores. Leaf damage induces extrafloral nectar secretion in several plant species; among these are various Acacia species and other Fabaceae investigated here. In contrast, Acacia species obligately inhabited by symbiotic ants nourish these ants by secreting extrafloral nectar constitutively at high rates that are not affected by leaf damage. The phylogeny of the genus Acacia and closely related genera indicate that the inducibility of extrafloral nectar is the plesiomorphic or 'original' state, whereas the constitutive extrafloral nectar flow is derived within Acacia. A constitutive resistance trait has evolved from an inducible one, obviously in response to particular functional demands.     

滇东南102个玉米自交系的性状相关与聚类分析

对滇东南(文山)102个玉米自交系的16个数量性状进行相关与聚类分析.结果表明:各性状间的变异系数均有差异,最高的雄穗分支数达38.90％,最低的生育期也达4.21％;生育期性状、植株性状和穗部性状各性状间相关性显著,而生育期与叶片数相关性极为显著,穗部性状却与叶片长呈极显著相关;通过形态学特征聚类并与系谱聚类比较,聚类分析结果与系谱来源的吻合程度不高,与前人的研究结果基本一致,说明仅仅依靠材料田间农艺性状进行聚类分析,进而作为育种依据时应慎重.     

不同林龄马尾松人工林针叶功能性状及其与土壤养分的关系

【目的】植物功能性状将植物与环境的结构、过程与功能有机联系起来,反映了植物对环境的适应机制。探究马尾松叶功能性状对林龄和土壤养分的响应,揭示马尾松人工林对喀斯特环境的适应策略,为喀斯特地区更好地营造马尾松人工林提供科学依据。【方法】以黔西北地区14、26、33年生马尾松人工林群落为研究对象,用空间代替时间的方法来分析不同林龄对马尾松叶功能性状和土壤养分的影响。【结果】8个叶功能性状中变异系数最小的是有机碳(OC)含量,最大的是比叶面积(SLA),除SLA和叶面积(LA)外,其他叶功能性状均属弱变异;随着林龄的增长,马尾松叶功能性状值(除叶干物质含量外)均呈增长的趋势,各叶功能性状之间存在一定的相关性;土壤全磷含量和土壤有机碳含量是影响不同林龄马尾松叶功能性状的主要土壤因子。【结论】不同林龄马尾松叶功能性状的差异表明马尾松针叶具有较强的可塑性,可以通过性状的耦合协调或组合来适应环境。植物功能性状对土壤理化性质的响应是一个长期的过程,需加强长期监测。     

Molecular dissection of genetic basis of significant correlation among five morphological traits in rice (Oryza sativa L.)

To enhance understanding of the genetic basis of trait correlation in rice, a recombinant inbred line (RIL) population (F₆ and F₇) from a cross between Zhenshan97 and HR5 was employed to identify main quantitative trait loci (QTLs) and epistatic QTL (E-QTL). Highly significant positive correlations were detected among five traits of heading date (HD), plant height (PH), panicle length (PL), flag leaf length (FLL) and flag leaf width (FLW) in 2 environments. Four to 8 main QTLs were detected for an individual trait. No E-QTL was detected for PH. One, 4, 4 and 5 E-QTLs were detected for FLL, HD, FLW and PL, respectively. Each E-QTL individually explained less than 3% of trait variation except E-QFll1. Comparison of QTL results was made in order to dissect the genetic basis of trait correlation. We found that main QTLs with pleiotropic effects and QTL clusters were the main genetic basis of trait correlation. No E-QTL had pleiotropic effects. E-QTL played an important role in the genetic basis of individual trait, but it made a little contribution to trait correlation.     

低温和镁胁迫对黄瓜生长及光合特性的影响

为探讨镁对黄瓜的作用机理,利用人工气候箱,研究了不同温度下根际镁离子浓度对黄瓜幼苗生长和光合特性的影响.结果表明:低温下,镁胁迫明显抑制了黄瓜的生长;适温下,镁胁迫降低了黄瓜幼苗的茎粗、总叶片数、叶面积、地上部干重,增大了株高和根冠比,多镁有利于地下部分生长.不论温度高低,镁胁迫均增加了叶绿素a/b,缺镁胁迫比多镁胁迫增加幅度大.缺镁胁迫在2种温度下均降低了叶绿素a、b和类胡萝卜素的含量,而多镁胁迫在适温下增加了叶绿素a、b和类胡萝卜素的含量,低温下使其降低;2种温度下镁胁迫使黄瓜幼苗中下部叶片Pn、Gs下降,低温多镁使Pn降低幅度最大;对Ci、Tr、WUE和Ls的影响因温度和镁离子浓度不同而不同;缺镁胁迫下黄瓜幼苗光合作用的主要限制因素是非气孔因素,而多镁胁迫下主要限制因素是气孔因素.     

广西金线莲形态多样性及优良类型选择

为筛选出广西金线莲Anoectochilus roxburghii(Wall.)Lindl.优良品种资源,对广西金线莲植株性状特征及无性繁殖后代的遗传稳定性进行观测,并测定有效活性成分(多糖和总黄酮)含量。结果表明,广西金线莲植株形态存在明显差异,主要表现在株型大小、叶形、叶上网脉特征、抗病性、授粉结实等方面。株型大小可分为2个株系;叶片形状可分为2种类型;叶上网脉特征可分为3种类型。根据株型和叶片特征可将广西金线莲划分为10个园艺类型,其中类型GXAR 01具有植株高大,叶形优美,适应性强,多糖、总黄酮含量高等特点,同时具有多代的遗传稳定性,被选为优良类型。广西金线莲优良类型GXAR 01可作为金线莲新品种培育的优质育种材料,也可在产业化生产中直接推广应用。     

密度对不同株型玉米产量及主要农艺性状的影响

该试验选取平展型长玉13、半紧凑型东单60和紧凑型郑单958等3种株型玉米为试材,分别在39 000,48 000,57 000株/hm2等3个密度下种植,分析了种植密度对不同株型玉米籽粒产量、穗粒性状和植株性状的影响.结果表明:3个品种的玉米产量随种植密度的增加而增加,且半紧凑型东单60产量最高;随种植密度的增加,行粒数、穗长、穗粗、轴粗、穗位叶面积和千粒质量呈下降趋势;株高、穗位高和雄穗分枝数呈上升趋势;各性状受株型与密度的互作影响不大.因此,在重庆提高玉米单产的关键是选取优良的丰产品种,并合理密植.     

Lorenz曲线及其在植物生态研究中的应用

由Lorenz曲线派生的基尼系数和洛伦茨不对称系数在植物生态研究中可用来描述植物大小或其它数量性状的不均匀性，以揭示不同环境条件下植物数量性状在群体中的分布特性和生态学意义。笔者介绍了这两个参数以及用Jackknife和Bootstrap两种重新取样法来估算该统计量的精度和误差的数学计算方法，并采用作者自行开发的统计软件，对盐胁迫条件下Iris hexagona天然群体生长和繁殖性状进行了不均匀性分析。结果表明，Iris hexagona植株的地上部分生物量、地下部分生物量和总生物量随盐浓度的增加均呈递减趋势，但不均匀性均呈递增趋势。盐胁迫对植株个体间花量的不均匀性影响不大，而植株在浓度为2和4μg／g的盐胁迫条件下，个体间种子数量的不均匀性下降。另外，Iris hexagona两个繁殖性状的不均匀性均远大于生长性状的不均匀性。基尼系数揭示了均值背后隐藏的生物学意义，它直接反映了植物数量性状在植株间的不均匀性的程度，但产生不均匀性的原因可能包括遗传、生理和(或)生态等因素。若要从遗传角度弄清其本质，需要进行分子生物学特别是有关植物数量性状基因位点及其与环境互作等方面的研究。     

Subtropical to boreal convergence of tree-leaf temperatures

The oxygen isotope ratio (delta(18)O) of cellulose is thought to provide a record of ambient temperature and relative humidity during periods of carbon assimilation. Here we introduce a method to resolve tree-canopy leaf temperature with the use of delta(18)O of cellulose in 39 tree species. We show a remarkably constant leaf temperature of 21.4 +/- 2.2 degrees C across 50 degrees of latitude, from subtropical to boreal biomes. This means that when carbon assimilation is maximal, the physiological and morphological properties of tree branches serve to raise leaf temperature above air temperature to a much greater extent in more northern latitudes. A main assumption underlying the use of delta(18)O to reconstruct climate history is that the temperature and relative humidity of an actively photosynthesizing leaf are the same as those of the surrounding air. Our data are contrary to that assumption and show that plant physiological ecology must be considered when reconstructing climate through isotope analysis. Furthermore, our results may explain why climate has only a modest effect on leaf economic traits in general.     

Statistical approaches in QTL mapping and molecular breeding for complex traits

Most of the important agronomic traits in crops,such as yield and quality,are complex traits affected by multiple genes with gene × gene interaction as well as gene × environment interaction.Understanding the genetic architecture of complex traits is a long-term task for quantitative geneticists and plant breeders who wish to design efficient breeding programs.Conventionally,the genetic properties of traits can be revealed by partitioning the total variation into variation components caused by specific genetic effects.With recent advances in molecular genotyping and high-throughput technology,the unraveling of the genetic architecture of complex traits by analyzing quantitative trait locus (QTL) has become possible.The improvement of complex traits has also been achieved by pyramiding individual QTL.In this review,we describe some statistical methods for QTL mapping that can be used to analyze QTL × QTL interaction and QTL × environment interaction,and discuss their applications in crop breeding for complex traits.