大气CO2浓度倍增对植物根系表面积和泡囊-丛枝菌根侵染活力和强度的影响

以小麦、大豆和玉米幼苗为材料，应用最新的根研究方法，首次检测了大气ＣＯ２浓度倍增对根系表面积和泡囊－丛枝菌根（ＶＡＭ）真菌的侵染强度和活力的影响，结果表明倍增ＣＯ２显著增加根系表面积，并显著提高ＶＡＭ真菌的侵染强度和活力，但这些响应在物种之间存在很大差异。根的这些牧场 生可能影响未来全球气候变化时植物群落的演替。     

植物种子大小与幼苗对CO2倍增反应的关系

大气CO_2浓度到下世纪中叶可能增加到700μL/L。CO_2倍增及其引起的温室效应对植被和整个生态系统的影响已受到广泛关注。C3和C4植物对CO_2倍增的反应有着很大差异,CO_2倍增时,C3植物光合效率增长潜势可达66％,而C4植物则只有4％,因而在CO_2倍增后,C3物种将比C4物种占优势,可能显著地改变植物群落的组成。最近Diaz等曾观察到CO_2增加时,菌根侵染植物和非菌根侵染植物的反应差异很大,CO_2倍增使菌根及其被侵染植物Calluma vulgaris相互得益,而不利于非菌根侵染植物,如Rurnex obtusifolius和Cardamine flexuosa的生长,源于其根系与土壤微生物营养的竞争。它也是影响植物群落改变的重要因子。先前的工作中,我们曾注意到紫花苜蓿在苗期生长对CO_2倍增的反应较大豆更为明显。这使我们设想,植物早期生长对CO_2倍增的反应可能与种子大小有某种关系,而且可能影响大气CO_2增加导致的植物群落组成的变化。本文报告以7种草本植物为材料的研究结果。     

类黄酮物质apigenin和daidzein诱导AM真菌侵染十字花科植物­芥菜

豆科植物根分泌物中的类黄酮物质可能是根瘤菌“nod”结瘤基因和丛枝菌根(arbuscular mycorrhiza, AM)真菌共生基因表达的信号分子. 芥菜(十字花科植物)是一种非菌根植物, 自然情况下, 根分泌物中缺乏类黄酮等信号物质, 不能与AM真菌形成共生关系. 当用适量的类黄酮(apigenin或daidzein)处理AM真菌时, Trypan blue染色结果显示, 2种AM真菌(G. intraradices和G. mosseae)成功地侵染了非菌根植物芥菜的根. AM真菌在非菌根植物芥菜根中生长、定殖, 并产生了幼嫩的孢子, 从而完成了生活史. AM菌根真菌是所有真菌中惟一具有ALP酶活性的真菌, ALP活性染色结果也证实了AM真菌侵染了芥菜的根. 运用nested PCR和特异性的分子探针, 探测了G. intraradices和G. mosseae在非菌根植物芥菜根中的存在. 上述证据能够充分证明, 类黄酮物质诱导G. intraradices和G. mosseae侵染非菌根植物并建立了共生关系.     

丛枝-泡囊菌根真菌——中国球囊霉在离体条件下的生长和产孢

丛枝-泡囊菌根(Vesicular-arbuscular mycorrhizae,VAM)真菌在离开寄主组织条件下的纯培养一直没有得到很好的解决,致使这类真菌的分类、遗传和生理研究以及它们在生产上的应用都有很大的局限性。由于VAM真菌在生产上应用的潜能,关于它们的纯培养及接种     

柽柳灌丛下与灌丛外短命植物AM真菌多样性

对生长在柽柳荒漠生境中最常见的4种早春短命植物离子草(Chorispora tenella (Pall.) DC.)、角果毛茛(Ceratocephalus testiculatus (Crantz) Bess.)、东方旱麦草(Eremopyrum orientale (L.) Jaub et. Spash)和弯果婆婆纳(Veronica campylopoda Boiss.)进行取样调查, 分析了柽柳灌丛下和灌丛外的4种植物丛枝菌根(AM)的形成状况、根际AM真菌的孢子密度和群落组成, 并探讨了柽柳灌丛对其菌根侵染状况、根际AM真菌群落组成的影响. 结果表明, 柽柳灌丛下短命植物的侵染率和根际土壤中AM真菌孢子的密度显著低于灌丛外的植物, 并且灌丛下AM真菌的种类(12种)少于灌丛外(19种). 灌丛下短命植物根际土壤由于受到柽柳灌丛的影响, 其养分含量除速效钾外, 都高于灌丛外; 灌丛下碱解氮和速效磷的含量分别为65.37和44.50 mg/kg, 而灌丛外的含量则为32.33和33.85 mg/kg. 本研究共从短命植物根际分离到21种AM真菌, 其中无梗囊霉属有5种、原囊霉属1种、球囊霉属13种和类球囊霉属2种. 通过上述结果得出以下结论: 柽柳灌丛影响着土壤的理化特性及其下生长的短命植物丛枝菌根的形成和根际AM真菌群落的组成.     

真菌能治酸雨

以荷兰瓦格尼根斯克大学W.斯密茨为首的树木学家、真菌学家和植物病理学家们研究了森林中当其它同种植物严重受到高酸度的雨水损害时,而某些树木却安然无恙的事例。他们发现,健康的树木根系一般都有过去尚未发现的真菌。在树木根系中产生一种菌根,即真菌菌丝体与高等植物根的共生群落,在供水中真菌促使根系生长,提供激素和维生素,同时使植物获得含糖物     

大豆愈伤组织和细胞抽提液对VA菌根真菌孢子发芽和芽管伸长的影响

近年来的大量研究表明,丛枝-泡囊菌根(vesicular-arbuscular mycorrhizae,VAM)能大大改进作物对营养的吸收,特别是磷的吸收,是一类在农业生产上具有重要价值和应用潜能的生物资源。但由于VAM真菌目前还不能人工培养,因此限制了它们在生产上的应用。许多作者从营养学的角度做了大量的探讨,但均没有获得实质性的进展。本研究发现大豆愈伤组织和悬浮培养的细胞抽提液对三种VAM真菌孢子发芽和芽管伸长有促进作用。现将有关结果报道如下。     

利用MOPITT卫星资料计算CO源排放的新方法

利用MOPITT卫星资料和MOZART模式, 提出一种新的计算CO源排放的方法. 大气中CO浓度的变化由排放、传输、化学转化及沉降等物理化学过程决定, 这些过程的相互关系可从CO的收支平衡方程分析得到. 利用Horowitz源排放清单和MOZART模式模拟这些物理化学过程, 分析各个格点上CO浓度与各物理化学过程的相互关系, 利用这个变化关系, 结合2004年MOPITT观测的月平均CO浓度, 即可建立2004年各月CO的收支平衡方程, 计算出2004年各月各格点上CO的排放量. 该方法直接明了, 易于更新, 可以得到特定时间分辨率的源排放, 因此更接近实际源排放的情况. 利用该方法得到的CO新排放分布特征与Horowitz源排放大体一致, 但强度明显大于后者, 约为后者的1～2倍, 新源更能代表21世纪初CO源的月排放情况, 在人类活动影响较大的东亚和美国东部地区, Horowitz源显著低估了实际的CO源排放.     

禾本科/豆科间作促进豆科共生固氮机理研究进展

综述以往研究发现,大多数禾本科/豆科间作都会显著增加豆科作物的固氮比例(%Ndfa),并认为这种增加是由于禾本科作物对豆科作物根际氮素的耗竭作用引发的.但豆科作物体内通常会在氮磷之间保持稳定的化学计量关系,豆科作物共生固氮的增加会使作物生长受到磷的限制.在这种磷素限制条件下豆科作物会被激发出潜在的磷吸收策略,即通过根系分泌物或丛枝菌根真菌增加对土壤磷素的获取满足其自身固氮对磷素的大量需求,进而增强豆科作物自身的结瘤及固氮.此外,随着分子生物学技术的发展,新近研究发现禾本科作物根系分泌物能上调豆科根部关键结瘤基因NODL4, ENODL2, ENOD93,固氮基因FixI3,查尔酮-黄酮异构酶CFI基因和生长素响应基因GH3.1的表达,这些基因超量表达可促进豆科作物类黄酮物质的分泌、根毛卷曲、结瘤并促进豆科作物固氮.间作作物间通过根际氮素耗竭作用、磷素活化作用以及固氮基因分子调控等三个层面上互相偶联来促进间作系统氮素吸收、优化氮素利用效率和提升作物产量,这些研究对促进和发展禾本科/豆科间作固氮理论体系具有重要指导意义.     

青藏高原两种高寒草甸地下生物量及其碳分配对长期增温的响应差异

增温可以改变植物的生长,不同植被类型的响应方式有差异.植物根系是植物生产量的重要组成部分,但对其增温响应的研究仍然较少.本研究采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法,对比了长期增温对青藏高原矮嵩草草甸和金露梅灌丛群落地下生物量和有机碳含量的影响.通过分析不同土层地下生物量的垂直分布、土壤和根系含碳量,发现在长期增温条件下:(1)矮嵩草草甸地下生物量显著减少;(2)2种草甸地下生物量分配明显向深层转移;(3)2种草甸植物根系总碳含量变化不显著,矮嵩草草甸10~30 cm土层根含碳量增加,金露梅灌丛草甸20~30 cm土层的根系碳含量减少;(4)2种草甸土壤总碳含量无显著变化(0~30cm),但20~30 cm土层矮嵩草草甸土壤有机碳含量增加,金露梅灌丛草甸土壤有机碳含量降低.2种草甸地下资源分配差异将影响全球变暖背景下该地区的植被演替和碳循环.     

一个水稻铁转运基因(OsFRDL1)参与缺氧诱导根系铁膜形成的调节过程

根表铁膜是水稻重要的养分库和抵抗环境胁迫的天然屏障.然而根表铁膜形成的分子机制并不清楚.本文以日本晴野生型对照及Osfrdl1突变体为材料,研究了OsFRDL1基因在水稻根表铁膜形成中的作用.结果发现,低磷(0.02 mmol L-1)是水稻根表铁膜形成的重要条件.当处理溶液pH为5.0~6.0,FeSO4浓度为30~50μmol L-1时,根表铁膜含量最大.与通气处理相比,缺氧处理降低水稻根表铁膜含量;且缺氧处理时,Osfrdl1突变体根表铁膜含量低于野生型.实时定量PCR结果表明,缺氧处理显著增加OsFRDL1基因在根系表达,且根系基部的表达强度高于根尖.OsFRDL1::GUS染色结果表明,OsFRDL1::GUS报告基因主要在根系表皮细胞和维管束细胞表达;缺氧处理增加了报告基因在上述位置的表达.缺氧处理时,野生型比Osfrdl突变体根系具有较高的过氧化物酶活性.上述结果表明,缺氧处理诱导OsFRDL1基因的高量表达,使野生型与突变体相比,过氧化物酶活性维持较高的水平,从而使其铁膜生成量高于突变体.     

基于图像重建的根系三维构型定量分析及其在大豆磷吸收研究中的应用

植物根系三维构型的定量描述和分析是研究植物根系生长及对养分吸收利用等营养功能的重要手段之一, 但迄今尚无定量测定三维根构型参数的有效方法. 本研究通过数码摄像机旋转拍摄物体获得根系多视角二维图像, 并根据根系基本结构特征, 创建了适合根系等线状物体三维图像的快速重建算法, 重建了植物根系图像, 获得根系三维构型的数字化模型及其骨架. 以此模型和骨架为基础, 获得直径大于0.3 mm大豆根系的主根长、总根长、平均基根角度、根宽深比、介质不同层次根长分布率以及根系在生长介质中不同三维区域的分布率等三维根构型参数, 并分析了这些参数与大豆生物量和磷吸收量等生长指标之间的相关关系. 本研究可以为研究植物根系生长及其营养功能提供一种新方法.     

CO2浓度对中肋骨条藻的光合无机碳吸收和胞外碳酸酐酶活性的影响

为探讨低光照(30 μmol·m-2·s-1)和高光照(210μmol·m-2·s-1)条件下海水CO2浓度变化对海产硅藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)的生理影响,对该藻生长及其光合CO2吸收和胞外碳酸酐酶(CAext)活性进行了测定,结果表明,在低光条件下,CO2浓度变化(4～31 μmol/L CO2)对该藻的生长和净光合速率的影响比高光条件大.CAext在12和31 μmol/L CO2时没有检测出活性;但在4 μmol/L CO2时则有明显活性,且其高光条件下的活性是低光条件下的2.5倍.细胞光合作用对CO2的亲和力随着培养液中CO2浓度升高而下降.另外,高光条件下细胞的光合CO2亲和力明显高于低光条件.这些结果表明,CAext的活性和光合CO2亲和力不仅受CO2浓度而且受到光照强度的调节;在高光照条件下,即使CO2浓度较低,细胞的高CAext活性和光合CO2亲和力也能够提供充足的CO2供其光合固碳所需.     

水稻幼苗固定和还原CO_2问题的初步探讨

我們結合“有机肥优越性的生理基础”的研究,进行了水稻幼苗碳素同化問題的探討,本文是关于根系对CO_2固定和还原这一部分的初步結果。 CO_2能为根系吸收,已是确知的事实。但是根系固定和还原CO_2的机制目前向不了解,可能和叶绿体一样,需要“还原物质”或高能化合物如ATP、TPNH等,即所謂“合成能力”,这些“合成能力”的来源,我們认为有可能是光通过叶绿素在叶中形成这种物质后,再以直接或間接的方式轉递到根而引起CO_2固定。     

大豆磷效率应用核心种质的根构型性状评价

应用GIS方法构建了大豆磷效率的应用核心种质, 并对大豆种质的重要根系性状根构型进行了系统的评价和对比分析, 结果揭示了大豆根构型与磷效率的关系及其可能的进化规律. 研究发现: (ⅰ) 大豆根构型与磷效率密切相关. 浅根型大豆根系具有合理的三维空间分布, 有利于大豆对耕层土壤磷的吸收, 从而显著提高了大豆的磷效率和产量; (ⅱ) 大豆地上部株型、根构型和磷效率具有协同进化的趋势, 直立型的栽培大豆一般具有浅根根构型和较高的磷效率, 蔓生型的野生大豆一般具有深根根构型和较低的磷效率, 半野生型大豆的根构型和磷效率介于两者之间; (ⅲ) 磷有效性对根构型具有调节作用, 在土壤表层施磷条件下, 大豆根系普遍变浅, 说明根构型和磷效率的协同进化可能是由于长期耕作施肥的结果. 上述研究结果可为改良大豆根系性状、提高大豆磷效率提供重要理论依据.     

植物根系生长的激素调节

《植物根系生长的激素调节》一文就根系发生与生长的激素控制、根向地性生长运动的激素理论、环境条件对根内激素的影响,根内激素与根系营养等问题作了介绍.关于植物根系生长的激素调节的基础研究很重要,希望本文将对从事农业科学研究的工作者有所帮助,以能进一步认识植物的生长发育规律,进而提高农作物产量,为人类作出贡献.     

卫星观测的单角度偏振反射率敏感性分析

<正>大气中的二氧化碳(CO2)是受人类活动影响最多的温室气体,CO2浓度的增加被认为是全球变暖的主要原因.为了监测大气中CO2浓度的全球分布,分析全球CO2源汇特征,中国即将发射一颗碳卫星(TanSat),搭载的高光谱传感器用于监测CO2浓度.由于大气气溶胶对CO2浓度的反演具有显著的影响,TanSat另外搭载了用于反演大     

亚热带常绿阔叶林8个常见树种粗根生物量

森林粗根生物量是森林生态系统生物量的重要组成部分, 然而对其研究较少, 尤其在亚热带常绿阔叶林区, 这制约了我国森林生态系统碳储量的准确评估. 基于全挖法测定了中亚热带典型常绿阔叶林区8个常见树种175棵样木的粗根生物量. 这8个树种分别为丝栗栲(Castanopsis fargesii)、苦槠栲(Castanopsis sclerophylla)、木荷(Schima superba)、马尾松(Pinus massoniana)、杉木(Cunninghamia lanceolata)、枫香(Liquidambar formosana)、檫木(Sassafras tzumu)和拟赤杨(Alniphyllum fortunei). 通过建立根系直径与根系生物量回归方程来估算断根后留在土中的根系生物量, 采用胸径和树高作为预测变量对这8个树种及所有样木混合分别构建粗根生物量异速生长方程. 结果表明, 8个树种的根系直径与根系生物量存在极显著的幂函数关系(P<0.001), 这为完整估算根生物量提供了依据. 采用胸径、树高及胸径与树高组合作为预测变量所建立的粗根生物量异速生长方程都达到了极显著水平(P<0.001), 但仅以胸径作为预测变量构建的方程较仅以树高构建的方程具有更高的拟合度. 在胸径的基础上引入树高作为预测变量并没有明显提高方程的拟合度.     

水、旱稻根系性状与抗旱性相关分析及其QTL定位

以粳型旱稻品种IRAT109和粳型水稻品种越富杂交产生的包含116个DH株系的群体为材料, 构建了一个含165个标记(94个RFLP标记和71个SSR标记)的水稻分子连锁图. 在根管培养条件下, 考查了分蘖期DH群体及其亲本的根数、根基粗、最长根长、根鲜重、根干重、根茎鲜重比及根茎干重比等性状. 在旱田、水田条件下考查了DH群体的单株产量, 计算抗旱系数(旱田单株产量/水田单株产量). 相关分析结果表明, 根基粗、最长根长与抗旱系数呈显著正相关, 根数与抗旱系数呈极显著负相关. 抗旱性强的材料在根系性状上主要表现为根粗较粗、根系较长和根数较少等特点. 利用QTLMAPPER version1.0定位了控制根系性状的QTL, 并进行了QTL与环境互作分析. 共检测到控制7个根系性状的18个加性QTL和18对上位性QTL. 发现了一些贡献率较高、无环境互作的QTL. 控制最长根长的1对上位性QTL mrl3和mrl8对表型变异的贡献(简称贡献率)为21.51%, 控制根基粗的1对上位性QTL brt3和brt11a贡献率为13.03%, 控制根鲜重和根干重的1个加性和1对上位性QTL贡献率分别为13.50%和25.64%. 共检测到9个加性QTL和2对上位性QTL存在环境互作. 其中根基粗、最长根长没检测到环境互作QTL. 此外, 根据QTL的贡献率大小、与环境互作大小和与抗旱系数的连锁关系等, 分析了一些重要QTL应用于稻作抗旱分子育种的可行性.     

冬小麦叶片暗呼吸对CO2浓度和温度协同作用的响应

植物暗呼吸的准确评估直接影响到植物碳收支估算.为弄清气候变化对冬小麦叶片暗呼吸的影响,采用开顶式气室模拟研究了冬小麦叶片暗呼吸对不同CO2浓度和温度的响应.结果表明,冬小麦叶片暗呼吸速率随CO2浓度升高呈线性下降趋势,560μmolmol1CO2浓度下冬小麦叶片暗呼吸速率较390μmolmol1CO2浓度下平均降低11%.冬小麦叶片暗呼吸速率与温度呈指数关系,暗呼吸温度系数Q10接近于2.冬小麦叶片暗呼吸对温度和CO2浓度的响应是独立的,据此建立了冬小麦叶片暗呼吸对CO2浓度和温度协同作用的响应关系.研究成果可为估算未来气候变化对冬小麦暗呼吸速率的影响,采取科学的碳对策提供依据.