黄土旱区作物-水分模型

本文依据田间试验数据 ,采用Jensen模式 ,研究了黄土旱区冬小麦、春玉米这两种优势作物的—水分模型 .研究结果表明 ,小麦在播种～返青期缺水敏感指数 (λ)最大 ,对缺水最为敏感 ;拔节～抽穗期次之 ,然后是抽穗～灌浆期 ,而灌浆～成熟期和返青～拔节期的敏感性最小 .总耗水量在 32 0～ 42 0mm之间 ,灌水量为 2 6 0～ 30 0mm左右、且分布在冬前和拔节～抽穗期是节水高产高效的灌水模式 .玉米拔节 -抽穗期和抽穗 -灌浆期对缺水最敏感 ,拔节前和灌浆 -成熟期敏感性小 .说明拔节后到抽穗期补水对产量作用最大 ,其次为抽穗 -灌浆期 .这为黄土旱区制定灌溉制度提供了重要理论依据

腾格里沙漠沙坡头地区几种植物水分生理生态特性的比较研究

本研究是中日合作项目“中国沙漠化机制及其控制”下的子项目“人工环境下植物抗逆性及其生理生态特性研究”的一个重要部分。研究工作选取腾格里沙漠东南缘的沙坡头地区作为研究地点和种子采集地，选择分布于不同类型沙丘的一年生草本作为供试植物。 通过对两种沙生植物沙米(Aqriophyllum squarrosum)和雾冰藜（Bassia dasyphylla)水分生理生态特性的比较研究，野外调查与控制环境下的生理生态学研究相结合，探讨了它们对不同水分生境的适应性。 结果表明，水分胁迫下沙米（流动沙丘先锋种）与雾冰藜（半固定和固定沙丘伴生种）表现出不同的生理生态特性，即沙米对水分胁迫比雾冰藜更为敏感，表现出不耐旱的水分生理生态特性;而雾冰藜则表现出旱生植物的水分生理生态特性。联系其分布生境水分条件可知，沙米和雾冰藜水分生理生态特性的差异是导致二者分布生境不同的主要原因之一。 本研究同时也从气孔功能的角度探讨了水分胁迫下植物蒸腾和光合速率下降的可能原因，并就本实验结果讨论了流动沙丘先锋植物沙米的生态类型划分及其对流动沙丘沙埋逆境的适应性。

玉米品种更替中光合效率与产量提高的生理生态机制

本文以我国不同年代推出的玉米品种为试验材料，深入研究玉米品种更替中产量提高和光合效率改良的演变特征及生理机制，以及环境胁迫影响各年代玉米品种光合效率及产量的生理机制，在此基础上分析光合改良与产量提高的关系。 对各年代玉米品种花后光合效率的变化及其与产量形成的关系的研究发现：虽然新品种的光合速率在开花前并不比老品种高，但是它们能够迅速扩大叶面积，形成较多的籽粒，为接下来的生长准备了比较大的源和库。花后茎秆的功能由‘库’转为了‘源’，即能够从茎秆中转移一些同化物到籽粒中。而且新品种能够在花后维持较高的光合速率，衰老较慢，光合有效期较长，这样就能够为籽粒灌浆提供较多的新同化产物。因此新品种具有很强的调节光合器官功能和优化分配同化产物的能力，能够使各部位叶片的光合生产，植株的生长和发育以及干物质的分配与再分配都有利于籽粒产量的形成。新品种在花后能够维持较高的光合活性主要是因为它们能够在老品种叶片可逆性衰老的时候维持较高的叶绿素含量和可溶性蛋白质含量，从而未像老品种那样进入不可逆转的衰老阶段。对各年代玉米品种光合特性日变化的研究也发现新品种的光化学效率比较高。老品种光合作用的午间降低是由严重的光抑制引起的。 对于N素缺乏和水分胁迫对各年代玉米品种产量及光合效率的影响机制的研究发现新品种一方面能够在胁迫条件下维持较高的光合速率，另一方面仍能维持较长的光合有效期。即新品种能够在胁迫条件下维持较高的光合生产能力，从而能够形成较大的生物产量和籽粒产量。新品种在缺N情况下能够保持较高的光合活性是因为它们能够维持较高的PEPCase活性、叶绿素含量和可溶性蛋白质含量，也就是说新品种能够在缺N情况下维持叶绿体结构组分的完整性和功能性，从而维持较高的光合效率。而玉米新品种在水分胁迫时能够保持较高的光合活性是因为它们能够在水分胁迫时维持较高的叶片水势，使光合器官的功能得到良好的保护，复水时光合也能够比较迅速和完全的恢复。

染色体加倍对忍冬生物学性状及其生态适应性的影响

忍冬（Lonicera japonica Thunb.）属忍冬科忍冬属，是一种重要的药用植物，其花蕾称为金银花（Flos Lonicerae），在我国已有1000多年的药用历史，具有清热解毒、凉散风热等功效。我们利用秋水仙素诱导二倍体“大毛花”品种茎尖选育出同源四倍体“九丰一号”品种，并在生产中发现花蕾产量显著提高，而药效成份含量是否发生变化了呢？四倍体忍冬表现出典型的器官巨大性，这些变化是否与其较强生态适应性之间存在联系呢？染色体加倍增强了忍冬的生态适应性，其生态修复功能如何呢？在本研究中，主要从以下几个方面进行了探讨：（1）染色体加倍对其叶片，茎、花蕾和花蕾产量及其药效成份等生物学性状的影响;（2）染色体加倍后植物对水分胁迫的响应;（3）染色体加倍后植物对热胁迫的响应;（4）除上述两个品种外，增加一个变异品种“红银花”，探讨3个忍冬品种对退化生态系统的修复功能。主要结果如下： 1. 通过测定根尖细胞染色体数目和使用流式细胞仪分析茎尖细胞DNA含量，表明四倍体忍冬（2n = 4x = 36）确实来自二倍体忍冬（2n = 2x = 18）的染色体加倍。四倍体忍冬气孔细胞大小显著大于二倍体，而气孔密度显著低于二倍体。四倍体忍冬没有光合“午休”，而二倍体存在明显的光合“午休”，这可能与其存在抗高温的叶片解剖结构特性有关。四倍体忍冬叶片较二倍体变大、变厚、变浓绿（较高叶绿素含量）。与二倍体相比，四倍体忍冬单位叶面积重量显著增高，表明其具有较强的生态适应性。四倍体忍冬单个花蕾的鲜重和干重均显著大于二倍体。连续3年的花蕾产量调查表明，四倍体显著高于二倍体。染色体加倍使其茎干粗壮、节间变短、新梢上着生花蕾数目增多及单个花蕾变大，这是其花蕾高产的生物学基础。对金银花的药效成份而言，染色体加倍不影响绿原酸的含量，但增加了木犀草苷的含量。结果表明，染色体加倍能增加金银花的产量和药效成份的含量，建议四倍体忍冬在药材生产中推广应用。 2. 水分胁迫显著降低二倍体和四倍体忍冬叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率。水分胁迫也降低电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，而增加非光化学猝灭、总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体忍冬对水分胁迫的响应表现为其叶片水势、气体交换、叶绿素荧光和有关代谢物含量的变化程度低于二倍体，并且复水后其恢复能力快于二倍体，表明染色体加倍增强了忍冬的抗旱能力。分析其主要原因，可能是由于四倍体植株总叶面积减少、单位叶面积重量增加、叶片表皮细胞和栅栏组织增大以及叶片表皮毛较浓密等形态解剖结构特性有关。结果表明，染色体加倍能增加忍冬植物的抗旱能力，而使其具有较强的生态适应性。 3. 二倍体和四倍体忍冬受48 ºC热胁迫处理6 h和恢复10 h，以及离体叶片45 ºC，50 ºC，55 ºC 水浴热胁迫3 min，应用叶绿素荧光成像系统研究了它们对热胁迫的响应。热胁迫显著降低了两个品种叶片的最大光化学效率、电子传递速率、光系统II实际量子产量和光化学猝灭，降低了四倍体的非光化学猝灭，而增加了二倍体的非光化学猝灭。热胁迫增加了两个品种叶片的总可溶性糖、脯氨酸和丙二醛的含量。四倍体受热胁迫的叶绿素荧光参数和有关代谢物的响应程度低于二倍体，以及其恢复程度快于二倍体，表明染色体加倍提高了抗热性。此外，叶绿素荧光成像的异质性也表明，四倍体的抗热能力大于二倍体。进一步的叶片解剖结构分析表明，四倍体叶片的表皮细胞变大、栅栏组织增厚、表皮毛较浓密等特点，是其抗热性强的主要原因。 4.根据以上的研究结果，通过四倍体忍冬生态修复功能的野外试验证明染色体加倍后其生态适应性变化。在本研究中，针对北京市门头沟区大面积不同类型的废弃地急需恢复植被和景观的问题，在恢复生态学理念的指导下，综合运用集成技术，将3个忍冬品种植物用于这些退化生态系统的恢复。在王平镇的公路下边坡（以碎石和矿渣为主）、煤矿、石灰窑和采石场4种类型废弃地建立生态修复的试验示范区。结果表明，在4个废弃地类型上引进的3个金银花品种，具有使示范区快速复绿、当年成景和群落快速形成的潜力，并具有对不同退化迹地的适应能力和恢复效果，其中四倍体忍冬效果更好些，这主要与其形态解剖结构和较强的生态适应性有关。

水分胁迫对光合作用影响的研究

1．水分胁迫降低了水稻叶片的光合速率。轻度及中度水分胁迫下，气孔的限制是光合速率下降的主要原因;而严重水分胁迫下，叶肉细胞光合能力的降低是光合速率下降的主要原因。叶肉细胞光 合能力的降低可能是由于光合量子效率、光合电子传递速率和光合磷酸化活力及羧化效率下降所致。 2．水分胁迫降低了小麦叶片的可变荧光产量、可变荧光淬灭速率、荧光上升互补面积，叶绿体的室温荧光产量、可变荧光产量以及DCMU作用下的小麦叶片及叶绿体的可变荧光产量，表明光系统Ⅱ受到了伤害。光系统Ⅱ氧化侧的人工电子供体(DPC) 能部分恢复受抑制的叶绿体可变荧光和光系统II的电子传递速率，说明水分胁迫对光系统Ⅱ的损伤不仅位于氧化侧，也可能在反应中心上。 3．水分胁迫抑制了激发能向PSII的传递;降低了Mg2+对叶绿体可变荧光及激发能在两个光系统间分配的调节能力。水分胁迫使PS II内外周天线色素蛋白复合体（CPa和LHCⅡ）和PSⅠ叶绿素a蛋白复合体(CPⅠ、CPⅠa和CPⅠb)含量下降，其中以LHCⅡ降低幅度最大。从类囊体膜多肽分析结果，发现25KD多肽随着水分胁迫的加剧其含量显著降低。 4．水分供应充分及轻度和中度水分胁迫下，高氮素营养对水稻光合作用有明显的促进作用;而严重水分胁迫则削弱了高氮营养对光合作用的促进作用，使高氮营养水稻叶片在严重水分胁迫下的光合速率反而比低氮营养叶片低，这可能与严重水分胁迫下，高氮叶片水势、气孔导度、光合羧化效率、光合量子产量及RuBP再生速率比低氮叶片有更大的下降有关。两种氮素营养水平下，轻度和中度水分胁迫均提高了叶片的水分利用效率;而严重水分胁迫则使叶片的水分利用效率降低，但始终是高氨营养水稻叶片的水分利用效率高于低氮叶片。

干旱胁迫下草莓水分调控及光合特性研究

以盆栽草莓(Fragaria×ananassa)为材料研究了水分胁迫下克隆植物草莓母株和子株间的水分调控机制及其与碳同化、光系统II激发能分配的关系。实验材料分为匍匐茎连接和剪断两个大组，进行两步实验。第一步实验，对连接组和剪断组的所有母株控水，子株充分供水；4天后进入第二步实验，把连接组分为两小组，对其中一组充分供水子株开始控水，另一组保持不变。结果表明，土壤干旱引起母株叶片失水，并使其净光合速率和气孔导度显著降低。但是连接组中供水良好的子株能有效缓解缺水母株的水分胁迫。当供水良好的子株也开始受到干旱处理的时候，则会加剧与之相连母株的水分胁迫。受胁迫母株可以通过加强渗透调节能力和降低水势从相连子株获取水分。虽然土壤干旱会造成受胁迫母株叶片脱落酸（abscisic acid, ABA）含量的大幅度增加，但是与之相连子株的叶片ABA含量并没有增加；并且气孔导度与ABA变化趋势一致。因此，我们认为：(1)草莓母株和子株间的水分运输是由二者的水势差驱动的；（2）ABA不会通过匍匐茎在母株和子株间传递并影响相邻子株气孔导度；（3）在水分异质性较大情况下，生理整合可明显提高克隆系统的碳同化能力和光系统II激发能利用效率。 同时研究了水分胁迫对草莓叶片叶绿素荧光诱导动力学参数Fm的影响。结果表明，在水分胁迫初期, 活体草莓叶片失水萎缩、叶面积和叶片厚度减小，单位叶面积的叶绿素含量升高，此时叶绿素荧光动力学参数Fm上升；当水分胁迫进一步加剧，单位叶面积的叶绿素含量开始下降，但Fm没有随之下降。离体叶片测定则没有出现Fm上升这一过程，Fm随着单位叶面积叶绿素含量的下降而下降。叶片叠加实验证明，增加叶片厚度也可以使Fm上升。综上我们认为在干旱胁迫进程中，活体草莓叶片的荧光动力学参数Fm出现上升是由单位面积叶绿素含量和叶片结构的变化共同决定的。

Cell responses of Dunaliella salina FACHB 435 (green alga) to microgravitational stimulation by clinorotation

Clinorotation experiments were established to simulate microgravity on ground. It was found that there were obvious changes of Dunaliella salina FACHB435 cells and their metabolic characteristics during clinorotation. The changes included the increases of glycerol content, the rate of H+ secretion and PM H+-ATPase activity, and the decrease of ratio of the plasma membrane (PM) phospholipid to PM protein. These results indicated that microgravity was a stress environment to Dunaliella salina. It is deduced that it would be possible to attribute the effect of microgravity on algal cells to the secondary activation of water stress.

土壤干旱对2个种源野生酸枣幼苗生长和生理特性的影响

以采自陕西杨陵和安塞的2个1年生酸枣幼苗为材料,采用盆栽称重控水法研究了中度和重度土壤干旱胁迫对它们生长和生理特性的影响。结果表明,不同程度的水分胁迫均使2种源酸枣新生侧枝长度受到极显著抑制,其苗高和基径也受到一定程度抑制,同时分别使叶片相对含水量和水分饱和亏有一定程度的降低和升高;2种源酸枣叶片的叶绿素a含量在各水分胁迫均极显著降低,它们的总叶绿素含量也在重度干旱下显著降低;随土壤干旱胁迫时间的延续,2种源酸枣叶片保护酶SOD、CAT、APX活性上下波动,其脯氨酸和可溶性糖含量逐渐升高,而超氧阴离子含量在较低水平下波动,丙二醛含量逐渐降低。杨陵酸枣在土壤水分较好的条件下表现良好,而安塞酸枣则具有更强的适应旱生能力。研究发现,在不同程度的土壤干旱胁迫下,2个种源酸枣的生长均受到一定程度的抑制,但它们均能调节自身的保护酶系统活性和渗透调节物质含量来减轻干旱伤害,维持植物体的正常生理代谢功能,表现出较强的抗旱耐旱能力。

无压灌溉日光温室番茄作物-皿系数研究

以-25 kPa作为土壤水势临界值,将作物—皿系数(Kcp)设为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2六个处理,研究了不同灌溉水量时的番茄产量、品质和灌溉水利用效率。通过经济效益评价,研究了杨凌地区无压灌溉温室番茄获得最高经济效益时的作物—皿系数。通过张力计读数变化规律,研究了利用张力计测量无压灌溉湿润体内土壤水势的特点。研究结果表明,Kcp为0.2~0.8时,灌溉水量的增加对番茄产量影响不大;Kcp为1.0~1.2时,灌溉水量的增加能显著提高番茄产量和果实大小;Kcp为0.2时的灌溉水量能极显著提高番茄的灌溉水利用效率。在综合考虑了杨凌地区水价、番茄使用目的和市场价格波动规律后,Kcp取值1.2能获得最高的经济效益。作物—皿系数法计算灌溉水量时的滞后性特点和张力计埋设位置,是判断利用张力计监测土壤水势临界值方法有效性的两个重要因素。

玉米根系剖面分布对水分亏缺的响应

在水分亏缺和正常供水(土壤含水量分别维持在田间持水量的40%～45%和75%～80%)两种水分条件下,采用土柱实验方法,研究了玉米杂交种户单四号(F1)及其父本803(♂)、母本天四(♀)根系剖面分布对水分亏缺的响应。结果表明:水分亏缺除了对父本的总根重无显著影响之外,使杂交种和母本的总根重以及3个品种的总根长和根系总表面积均显著下降。在剖面分布上,水分亏缺显著降低了杂交种和母本在表层土层中的根重和根表面积,使杂交种在表层和中层土层中的根长以及亲本在深层土层中的根长显著下降。可见,玉米杂交种响应中度干旱胁迫的形态学变化是减少上层干土中的根系生长,而增加深层土层中根系的相对生长,即其深层根系分布占总根系的比重较亲本高,这种根系剖面分布的优化导致杂交种较高的生物量积累和水分利用效率。

黄土丘陵区不同土地利用方式对土壤含水率的影响

在干旱半干旱地区,土壤含水率是影响作物生长和植被恢复的重要因子。采用土钻法对黄土丘陵区典型流域不同土地利用方式下土壤含水率进行了比较。结果表明,农田土壤含水率显著较高,这与农田坡度较小及梯田建设有关,还与农作物蒸腾耗水相对较小有关。林地、灌木地和草地土壤含水率相对较低,且相互间无显著差别。黄土丘陵区土壤含水率主要受坡度和土壤稳定入渗速率的影响。但草地土壤含水率还与坡向及年生物量有关。土壤水分分布格局与该区土层深厚, 地下水埋藏较深,土壤水分收入主要受降雨的补给有关。因此,该区农田建设应在坡度较小(<10°)的地形上进行,并优先考虑梯田。坡度较大的地方应以天然灌木和草本群落的保育为主。人工乔灌林只适宜在沟道等水分条件较好的地方种植。

长期水分胁迫下氮、钾对夏玉米叶片光合特性的影响

采用2种不同夏玉米基因型(陕单9号,抗旱品种;陕单911,不抗旱品种)的盆栽试验,研究了长期水分胁迫下氮、钾对各生育期叶片净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和叶绿素含量的影响,旨在从光合生理特性揭示这些因子的抗旱机理。结果表明,长期水分胁迫下叶片净光合速率,蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度(除成熟期)和叶绿素含量显著降低,不抗旱品种降幅更甚。抗旱品种的净光合速率和叶绿素含量大于不抗旱品种,而蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度则相反。两品种苗期光合作用较弱,净光合速率和叶绿素含量均较低,抽雄期达到高峰。施氮能不同程度降低水分胁迫下玉米叶片的蒸腾速率,增加叶绿素含量.提高净光合速率,从而减缓水分胁迫对光合作用的伤害。随氮肥用量增加,不抗旱品种净光合速率和叶绿素含量显著升高,蒸腾速率和胞间二氧化碳浓度明显降低,两种氮肥用量间有显著差异;抗旱品种在低氮用量时效果显著,但高低氮用量间无显著区别。钾对受水分胁迫的玉米表现出比氮肥更突出的效果。相反,在适量供水条件下,氮、钾肥的作用明显下降。以上结果表明,适当用量的氮、钾肥可以有效地改善水分胁迫下作物叶片的光合特性,从而增强作物的抗旱性。

长白山阔叶红松林主要树种对水分胁迫的生理生态响应

本文系统研究了长白山阔计卜红松林主要树种红松、水曲柳、胡桃揪和锻树在模拟水分胁迫下的生理生态变化。研究表明：（l）土壤水分胁迫对供试树种的生比清况有显：影响。在轻度水分胁迫下（Mw），红松和水曲柳的地下生物量／地上生物量值比对照组（CK）高，而胡桃揪和锻树的地下生物燮／地上生物量比对照组（CK）低。在重度水分胁迫下（LW），供试树种中只有红松的地下生物量／地上生物量比对照组高。（2）土壤水分胁迫对供试树种的生理生态指标有显著影响。在轻度水分胁迫下（Mw），红松和水曲柳的光合速率和水分利用效率比对照组（CK）高，胡桃揪和锻树的光合速率和水分利用效率比对照组（CK）低。在重度水分胁迫下（LW）供试树种的光合速率和水分利用效率都比对照组低。（3）在正常水分条件下（CK），水曲柳光合速率曰变化呈单峰曲线，轻度（Mw）和重度水分胁迫（LW）下均呈"双峰"曲线。正常水分条件下（C）水分利用率的日变化呈双峰曲线，轻度和重度水分胁迫下呈现波动趋势，无明显的波峰和波谷。（4）水曲柳的光合速率和水分利用效率与各因素间多元线性回归的结果表明，三种水分处理下的蒸腾速率、气温、叶温、气孔导度、胞间CO2浓度、光合有效辐射均对光合速率，水分利用效率有一定影响，但影响程度有所差别。（5）土壤水分胁迫对水曲柳、胡桃揪和锻树的初始荧光（Fo）、可变荧光（Fv）、最大荧光（Fm）的影响不大，但却显著影响各树种的PSII原初光能转换效率（Fv／Fm）和PSII潜在活性（Fv/Fo）。（6）土壤水分胁迫影响供试树种几！中的养分含量，但影响程度是不同的，水分胁迫对磷、钾素含量的影响比对氮的大。土壤水分亏缺对各树种叶中的Ca元素无显著影响。红松、胡桃揪和极树叶片中的Mg含量随着土壤水分胁迫的加重也随之逐渐减小，但水曲柳在轻度水分胁迫下叶中的Mg含量最高，关于这一现象还有待以后开展深入的研究。

水分梯度上不同灌木生长对干旱河谷土壤理化和生物学性质的影响

岷江上游干旱河谷区水土流失强烈，地质灾害频繁，生态环境十分脆弱，而土壤条件恶劣（水分不足和养分缺乏）是阻碍该区植被恢复的关键因子，因此研究水分和乡土灌木生长对土壤的影响对该区的生态恢复具有指导意义。本文通过定点模拟实验，选取三种优势豆科灌木为研究对象，分别是白刺花（Sophora davidii）、小马鞍羊蹄甲（Bauhinia faberi var. microphylla）和小雀花（Campylotropics polyantha），设置5 个水分梯度，分别为100%、80%、60%、40%和20%田间持水量（FC），对栽种植物与不种植物下土壤理化性质和酶活性进行测定分析，系统比较和研究了不同水分条件和不同乡土灌木生长对干旱河谷区土壤结构、养分循环、酶活性以及微生物量的影响。主要结果如下：1. 无论生长植物与否，土壤的毛管持水量和毛管孔隙度都随着水分含量的减少而降低，最大持水量、总孔隙度和容重变化不大，相应地，土壤中的非毛管孔隙随含水量的减少而升高。各水分条件下，种植植物的毛管持水量和毛管孔隙度低于无植物生长的土壤，非毛管孔隙度相应地高于无植物土壤。土壤含水量在100%－40% FC 时，三种豆科灌木的毛管持水量和毛管孔隙度存在差异，而20% FC 条件下，三种豆科灌木土壤的物理性质基本相同。2. 水分胁迫影响土壤中养分的矿化和积累，主要表现在降低了水溶性碳和铵态氮的含量，中等程度胁迫时（60% FC）促进了有机碳和硝态氮的富集，对速效钾和有效磷没有明显作用。种植豆科灌木后各水分梯度上都增加了有机碳、铵态氮、速效钾和有效磷的积累。增加程度上三种豆科灌木间有一定差异，对于土壤有机碳总量，种植白刺花和小马鞍羊蹄甲明显高于小雀花，同样的情况还出现在铵态氮和速效钾上，但是对于有效磷，种植小雀花后的增加程度则明显高于白刺花和小马鞍羊蹄甲。种植豆科灌木不仅增加了土壤养分的相对含量，也改变了其在水分梯度上的变化趋势及其变化幅度，这种作用主要体现在碳元素和氮元素上。3. 无植物生长时脲酶活性随水分含量的减少而升高，水分胁迫对磷酸酶和过氧化氢酶的作用不显著，蔗糖酶也保持在相对较高的水平。种植植物后，蔗糖酶、磷酸酶活性与无植物时相比有较大幅度的提高，种植白刺花的脲酶活性也升高，其升高的程度在不同水分含量时不同。种植植物还降低了酶活性在水分梯度上的变幅，使之在水分梯度间的差异显著性降低。脲酶活性在指示土壤性质改变方面是较敏感的指标，其它三种酶在不同植物间的差异不明显。4. 在无植物生长时，中等程度的水分胁迫（60% FC）提高了土壤微生物量碳含量，过高或过低的土壤水分均不利于微生物碳的积累。种植小马鞍羊蹄甲后微生物量碳在水分梯度上的变化趋势与无植物生长时一致，而种植白刺花和小雀花后微生物量碳随着水分含量的减少而降低。不同种类植物的微生物量碳在水分梯度上的变化特征也不同，100% FC 条件下三种植物间没有差异，80%和60% FC 条件下小马鞍羊蹄甲显著高于白刺花和小雀花，40%和20% FC 条件下白刺花和小马鞍羊蹄甲也显著高于小雀花，说明不同种类植物随着干旱胁迫程度的加深微生物量碳的降低幅度不同，在极度干旱时，白刺花和小马鞍羊蹄甲土壤依然保持了较高的微生物活性，而小雀花土壤微生物量则明显下降。The dry valley of the upper reaches of the Minjiang River is seriously degradedmountain ecosystem. It was endangered by extremely soil lost and frequentlygeological disaster. Previous studies showed that short of water and nutrients in soilwas the principal limiting factors of vegetation restoration in this area. The typical soiland three dominant leguminous shrubs Sophora davidii, Bauhinia faberi var.microphylla and Campylotropics polyantha in upper reaches of arid Minjiang Rivervalley were considered as experimental material. Two-month old seedlings of eachspecies were exposed to five water supplies (100%, 80%, 60%, 40% and 20% waterfield capacity (FC)) in a temperature and light-controlled greenhouse. Afterthree-month water treatment, soil physiochemical variables and soil microbialactivities were determined by conventional methods. The main results showed that:1. Soil capillary capacity and capillary porosity decreased along water supplyregimes in all treatments, while saturated water capacity, total porosity and bulkdensity kept in a relatively stable level, as a result, the non-capillary porosity andcapacity increased with decrease of water supply. Compared to non-planted soil, theplant-soil systems had a higher non-capillary porosity and capacity, suggestingappropriate oxygen was present in soil to maintain the living of microorganism. Soilof three type shrub species shared the same capillary capacity and capillary porosityunder 20% FC.2. Water soluble carbon and NH4+-N decreased in response to water stress, whiletotal organic carbon and NO3--N promoted by moderate water stress and inhibited by 100% and 20% FC. Total organic carbon, NH4+-N, rapidly available K and availableP increased after the planting of leguminous shrubs in five water supply regimescompared to non-planted soil. For TOC, NH4+-N and rapidly available K, thepromotion effect was higher in S. davidii and B. faberi var. microphylla than C.polyantha planted soil, while available P displayed the opposite side. The planting ofshrubs also reduced the variance of observed traits along water supply gradients.3. Drought stress increased urease activity in non-planted soil, while insignificantdifferences were observed in phosphatase and catalase activity among five watersupply regimes. The planting of leguminous shrubs facilitated the β-glucosidase andphosphatase activity compared to the non-planted soil. It also reduced the variance ofenzyme activity along water supply gradients. Urease was more sensitive to waterstress than other three enzymes.4. Soil water content significantly affected microbial biomass carbon andCmic:Corg. S. davidii and B. faberi var. microphylla showed more drought toleranceability than C. polyantha, attributing not only to their relatively smaller variance ofmicrobial biomass carbon along soil water supply gradients, but also to the highlevel of microbial activity under severe water stress. S. davidii and B. faberi var.microphylla benefited reproduction of soil microorganism at 60%-80% FC, whilesevere drought limited it due to the competition of water and nutrients between plantand soil microorganism.

青杨(Populus cathayana Rehd)雌雄植株对锈病和干旱胁迫的生理响应及差异蛋白质组比较

雌雄异株植物对环境的不同响应一直是一个有趣而新颖的研究领域，由于雌雄个体不同的繁殖成本及不同的生存策略，使得雌雄植株在生长、存活、生殖格局、空间分布、资源配置等方面已经表现出明显的不同，在生理和分子水平上也表现出明显的性别间差异。干旱是制约农林业发展的环境因子之一，叶锈病是对杨树危害最严重的病害之一，由于长期进化的结果，不同性别的植物必然对生物和非生物胁迫有着不同的响应。本文以雌雄异株的青杨为模式植物，研究雌雄间在生理、生化、亚细胞结构和蛋白质水平上对生物和非生物胁迫的差异响应。主要研究结果如下： （1） 青杨雌雄植株对锈病胁迫的生理生化差异响应 在正常的对照组中，雄株叶片比雌株叶片有着较高的活性氧自由基产生速率、较高的SOD、POD、PPO 和较低的CAT 活性；在锈病感染的早期阶段， SOD、POD、CAT 活性、活性氧自由基产生速率、H2O2 含量、膜脂过氧化程度和细胞膜的电渗率在雌雄株中都增加，而PPO 仅在雄株中增加明显，APX 仅在雌株中增加明显，并且雌株比雄株有着更严重的锈病感染程度、细胞膜的伤害程度和光合系统II 的破坏程度，雌株有更多的净光合速率、气孔导度和叶绿素a 含量的降低，在同工酶变化上，雌雄间对锈病也显示出不同的表达模式。结果显示，雄株比雌株对锈病有着更好的抗性和更有效的ROS 清除系统。 （2） 青杨雌雄植株对干旱胁迫的生理生化及亚细胞结构的差异响应 与较好水分条件相比，干旱下雄株比雌株有着更高的A-Ci 响应参数，如Rubisco 最大羧化速率、光呼吸速率、暗呼吸速率和最大电子传递速率等。干旱显著地增加了膜脂过氧化程度和游离脯氨酸含量，并且雄株比雌株表现出较低的膜脂过氧化程度，较高的总蛋白和游离脯氨酸含量。无论是中度干旱还是极度干旱，除了CAT 外，雄株比雌株表现为较强的抗氧化酶活性，在同工酶谱带上，雌雄间表现出不同的变化模式，并且有些条带是干旱影响应的，而有些条带是性别特异性的，这些性别特异性条带能够作为鉴定性别快速而准确的标记。干旱显著地影响了线粒体、叶绿体和细胞壁的结构，尤其在中度干旱胁迫下，雄株线粒体和叶绿体比雌株呈现出较好的完整性，并且雄株细胞壁要比雌株更厚。因此， 雄株比雌株表现出更强的干旱忍耐性和更高效的抗氧化酶系统。 （3） 青杨雌雄植株对干旱胁迫的蛋白质组差异响应 用双相电泳检测到雌雄间近1000 个蛋白点，通过对比发现对照组雌雄间有54 个差异蛋白点，干旱下雌雄间有108 个差异点，其中102 个被质谱成功鉴定。对照组雌雄间的差异蛋白主要集中在与光合作用相关蛋白、抗氧化酶、胁迫防御蛋白和一些调节基因表达的蛋白；干旱胁迫下雌雄间差异蛋白明显增多，主要有参与信号转导、调节基因表达、蛋白质加工、转录产物的转录翻译后修饰的调节性蛋白蛋白和参与氧化还原平衡、抗胁迫、细胞壁合成、光合作用、能量代谢、氨基酸代谢和脂肪酸代谢等的功能性蛋白。干旱下这些蛋白的表达量在雌雄中有的表现出相同的表达模式，如干旱下雌雄株中Rubisco 激活酶、小热激蛋白等表达都增加，而有的表现出相反的表达模式，如Rubisco 大亚基的降解片段、羰酸酯酶等在雄株中表达量上调而在雌株中却是下调。因此，雌雄间在蛋白质水平上对干旱胁迫响应的差异是显著的，也是复杂的。 It is an interesting and novel topic that dioecious plants possess different responses to environmental stress. As for the different productive cost and different survive strategy, different sexual plants have shown obviously morphological, physiological and molecular differences. Drought is one of the most worldwidely important environmental stress factors that limit plant growth and ecosystem productivity. Rust disease is one of the economically important diseases in many trees. As a result of the long evolutionary process, male and female plants should show different responses to abiotic and biotic stress. In this paper, using a dioeious tree of Populus cathayana Rehd as a model, we study the sexual differences to drought and rust disease stress in physiological, biochemical, sub-cellular and proteomics levels. The main results are follows: (1) The sexual differences in physiology and biochemistry of poplar to rust disease In controls, males showed higher production of superoxide radicals, higher activities of SOD, POD, PPO and lower CAT activity. Under rust disease, the activities of antioxidant, the content of ROS and the degree of cellular member destroyed were increased in both sexes, except for PPO in diseased males and APX in diseased females. However, females showed more seriously disease severity and cellular member and PS II destroyed degrees. Net photosynthesis rate, transpiration rate and chlorophyll a content were decreased more in diseased females than in males. There were also some different changes inantioxidant isozymes under rust disease. The results suggested that male poplar possessed a more effectively antioxidant system and were more resistant to rut disease than females. (2) The sexual differences in physiology and biochemistry of poplar to drought stress Under drought stress, there were higher rates of RuBP-saturated CO2 assimilation, dark respiration, photorespiratory release of oxygen, the max electron transportrate in CO2-saturated and carboxylation efficiency in males than in females. And males showed lower TBARS and higher proline content. Except for CAT, the activities of other antioxidants were higher in males than in females. Meanwhile, there were obviously differences in isozyme changes between teo sexes. Drought stress obviously destroyed the integralities of chloroplasts and mitochondria and the sexual differences in sub-cellular level were obviously under the moderate water stress. Male cell walls were more sensitive to drought stress than did female. The results suggested males were more resistant to drought stress. (3) The sexual differences in proteomics of poplar to drought stress By 2-D and MS analysis, we identified 102 different protein spots between males and females. Under control conditions, the different proteins were mainly in photosynthesis related proteins, antioxidants, stress response proteins and some gene expression related proteins. Under drought stress, the different proteins were focused on (i) regulated proteins such as signaling conduction, kinase, HSP, gene expressional regulation and protein modification, (ii) functional proteins such as photosynthesis, energy metabolism, antioxidant, redox, stress response, lipid metabolism and amino acid metabolism. Some protein showed the same expressional pattern, while some showed contrary expressional pattern. Thus, the results suggested that sexual differences in proteomics were significant and complex.