中国青藏高原青稞抗穗发芽资源评价与α-淀粉酶基因的克隆及表达

穗发芽（PHS，preharvest sprouting）是影响禾本科作物生产的重要的灾害之一。收获时期如遇潮湿天气容易导致穗发芽发生。发生穗发芽的种子内部水解酶（主要是α-淀粉酶）活性急剧升高，胚乳贮藏物质开始降解，造成作物产量和品质严重降低。因此，选育低穗发芽风险的品种是当前作物育种工作中面临的重要任务。 青稞(Hordeum vulgare ssp. vulgare)主要分布于青藏高原，自古以来就是青藏高原人民的主要粮食。近年来，由于青稞丰富的营养成分和特有的保健品质、在燃料工业中的潜力以及在啤酒酿造工业中的利用前景，在发达国家日趋受到重视，掀起综合研究利用的热潮。我国拥有占全世界2/3 以上的青稞资源，具有发展青稞产业的得天独厚的条件。然而，由于青稞收获期间恰逢青藏高原雨季来临，常有穗发芽灾害发生，使青稞生产损失巨大。目前对青稞穗发芽研究很少，适用于育种的穗发芽抗性材料相对缺乏，不能很好的满足青稞穗发芽抗性育种的需要。本研究以青藏高原青稞为材料，对其穗发芽抗性的评价指标和体系进行构建，同时筛选青稞抗穗发芽品种并对其抗性进行评价，还利用分子生物学手段对青稞穗发芽抗性的分子机理进行了初步探讨。主要研究结果如下： 1. 本试验以来自于我国青藏高原地区的青稞为材料，对休眠性测定的温度范围进行探讨，并对各种穗发芽抗性测定方法的对青稞的适用性进行评测。通过探讨温度对13 个不同基因型的青稞籽粒发芽和休眠性表达的影响，对筛选青稞抗穗发芽资源的温度条件进行探索，并初步分析了其休眠性表达的机理。在10，15，20，25，30℃的黑暗条件下，选用新收获的13 个青稞品种为材料进行籽粒发芽实验，以发芽指数（GI）评价其休眠性。结果发现，不同品种对温度敏感性不同，其中温度不敏感品种，在各温度条件下均表现很低的休眠性；而温度敏感品种，其休眠性表达受低温抑制，受高温诱导。15℃至25℃是进行青稞休眠性鉴定的较适宜的温度范围。通过对供试材料发芽后的α-淀粉酶活性，发现温度对青稞种子的休眠性表达的影响至少在一定程度上表现在对α-淀粉酶活性的调控上。随后，对分别在马尔康和成都进行种植的34 份青稞穗发芽指数（SI），穗发芽率（SR），籽粒发芽指数（GI）和α-淀粉酶活性（AA）进行了测定和分析，发现它们均受基因型×栽培地点的极显著影响，且四个参数之间具有一定相关性。GI 参数由于其变异系数较低，在不同栽培地点稳定性好，且操作简便，是较可靠和理想的穗发芽评价参数。SI 参数可作为辅助，区别籽粒休眠性相似的材料（基因型）或全面评价材料（基因型）的穗发芽抗性特征。AA 参数稳定性较差，并且检测方法复杂，因此不建议在育种及大量材料筛选和评价时使用。此外，青稞穗发芽抗性受环境影响较大，评价时应考虑到尽可能多的抗性影响因素及其在不同栽培条件下的变异。 2. 对来自青藏高原的青稞穗发芽抗性特征及其与其它农艺性状间的关系进行研究。通过测定穗发芽指数（SI）、籽粒发芽指数（GI）和α-淀粉酶活性（AA），表明113 份青稞材料的穗发芽抗性具有显著差异。SI、GI 和AA 参数的变幅分别为1.00~8.86、0.01~0.97 和0.00~2.76，其均值分别为4.72、0.63 和1.22。根据SI 参数，六个基因型，包括‘XQ9-5’，‘XQ33-9’，‘XQ37-5’，‘XQ42-9’，‘XQ45-7’和‘JCL’被鉴定为抗性品种。综合SI、GI 和AA 参数，可以发现青稞的穗发芽抗性机制包含颖壳等穗部结构的抗性和种子自身的抗性（即种子休眠性），且供试材料中未发现较强的胚休眠品种，除‘XQ45-7’外，所有品种在发芽第四天均能检测出α-淀粉酶活性。穗部结构和种子休眠的抗性机制因基因型不同而不同，在穗发芽抗性中可单独作用或共同作用。农家品种和西藏群体分别比栽培品种和四川群体的穗发芽抗性强，而在不同籽粒颜色的青稞中未发现明显差异。相关性检验发现，青稞的穗发芽抗性，主要是种子休眠性，与百粒重、开花期、成熟期、穗长、芒长和剑叶长呈显著负相关关系，与株高相关性不显著。农艺性状可以作为穗发芽抗性材料选育中的辅助指标。本试验为青稞穗发芽抗性育种研究提供了必要的理论基础和可供使用的亲本材料。 3. α-淀粉酶是由多基因家族编码的蛋白质，在植物种子萌发时高度表达，与植物种子的萌发能力密切相关。在大麦种子发芽时，高等电点α-淀粉酶的活性远大于低等电点的α-淀粉酶。为了研究不同穗发芽抗性青稞品种中编码高等电点α-淀粉酶Amy1 基因结构与抗性间的关系，我们以筛选得到的抗性品种‘XQ32-5’（TR1）、‘XQ37-5’（TR2）、‘XQ45-7’（TR3），易感品种‘97-15’（TS1）、‘9657’（TS2）以及强休眠大麦品种‘SAMSON’（SAM）为材料，对其Amy1 基因的编码区序列进行克隆和结构分析，并对它们推导的氨基酸序列进行比较。结果显示，青稞Amy1 基因具有三个外显子、两个内含子，编码区中有13 个核苷酸变异位点，均位于2、3 号外显子，2 个变异位点位于2 号外显子。SAM 和TS1 分别在2 号外显子相应位置有5 个相同的碱基(GAACT)的插入片段。相应α-淀粉酶氨基酸序列推导发现，所有核苷酸变异中有8 个导致相应氨基酸残基的改变，其余位点为同义突变。青稞Amy1 基因编码区序列品种间相似度高达99%以上，部分序列变异可能与其穗发芽抗性有关。随后，我们又通过SYBR Green 荧光定量技术对该基因在不同发芽时间（1d~7d）的相对表达水平进行了差异性检测。结果发现，7 天内不能检测到SAM 的Amy1 基因表达，5 个青稞品种间的Amy1 基因的相对表达量均随着发芽时间延长而上升，但上升方式有所不同。弱抗品种该基因表达更早，转录本增加速率更大，且在4~5 天可达到平台期。发芽7 天中，抗性品种总转录水平明显低于易感品种。本研究结果表明，青稞Amy1 基因的转录水平是与其穗发芽抗性高度相关。 我国青藏高原青稞，尤其是农家品种的穗发芽抗性具有丰富的变异，蕴藏着穗发芽抗性育种的宝贵资源。本研究为青稞穗发芽抗性育种建立了合理抗性评价体系，筛选出可供育种使用的特殊材料，阐明了农艺性状可辅助穗发芽抗性育种，同时还对穗发芽抗性与α-淀粉酶基因的结构和表达关系进行分析，为青稞穗发芽抗性资源筛选奠定了基础。 Preharvest sprouting (PHS) is a serious problem in crop production. It often takes place when encountering damp, cold conditions at harvest time and results in the decrease of grain quality and great loss of yield by triggering the synthesis of endosperm degrading enzymes (mostly the α-amylase). Therefore, PHS is regarded as an important criterion for crop breeding. In order to minimize the risk of PHS, resistant genotypes are highly required. Hulless barley (Hordeum vulgare ssp. vulgare) is the staple food crop in Qinghai-Tibetan Plateau from of old, where is one of the origin and genetic diversity centers of hulless barley. Recently, interest in hulless barley has been sparked throughout the world due to the demonstrations of its great potential in health food industry and fuel alcohol production. Indeed, hulless barley can also be utilized to produce good quality malt if the appropriate malting conditions are used. In China, overcast and rainy conditions often occur at maturity of hulless barley and cause an adverse on its production and application. PHS resistant genotypes, therefore, are highly required for the hulless barley breeding programs. However, few investigations have been made so far on this issue. The objectives of this study were: 1) to assessment of methods used in testing preharvest sprouting resistance in hulless barley; 2) to evaluate the variability and characteristics of PHS resistance of hulless barley from Qinghai-Tibet Plateau in China; 3) to select potential parents for PHS resistance breeding; 4) to primarily study on the molecular mechanism of PHS resistance of hulless barley. Our results are as followed: 1. We investigated the temperature effects on seed germination and seed dormancy expression of hulless barley, discussed appropriate temperature range for screening of PHS resistant varieties, and analyzed the mechanism of seed dormancy expression of hulless barley. The dormancy level of 13 hulless barley were evaluated by GI (germination index) values calculating by seed germination tests at temperature of 10，15，20，25，30℃ in darkness. There were great differences in temperature sensitivity among these accessions. The insensitive accessions showed low dormancy at any temperature while the dormancy expression of sensitive accessions could be restrained by low temperature and induced by high temperature. The temperature range of 15℃ to 25℃ was workable for estimating of dormancy level of hulless barley according to our data. Analysis of α-amylase activity showed that the temperature effects on seed germination and the expression of seed dormancy be achieved probable via regulating of α-amylase activity. Furthermore, we evaluated the differences in sprouting index (SI), sprouting rate (SR), germination index (GI) and α-amylase activity (AA) between Maerkang and Chengdu among 34 accessions of hulless barley from Qinghai-Tibetan Plateau in China. These PHS sprouting parameters were significantly affected by accession×location, and they had correlation between each other. GI was the most reliable parameter because of its low CV value, good repeatability and simple operation. SI could assist in differentiating between accessions of similar dormancy or overall evaluation of the resistance. AA was bad in repeatability and had relatively complex testing method, therefore, not appropriate for breeding and evaluation and screening of PHS resistant materials. Besides, since PHS resistance of hulless barley was greatly influenced by its growth environment, possibly much influencing factors and variations between cultivated conditions should be considered. 2. In this study, large variation was found among 113 genotypes of hulless barley (Hordeum vulgare ssp.vulgare) from Qinghai-Tibetan Plateau in China, based on the sprouting index (SI), germination index (GI) and α-amylase activity (AA) which derived from sprouting test of intact spikes, germination test of threshed seeds and determination of α-amylase activity, respectively. The range of SI, GI and AA was 1.00~8.86, 0.01~0.97 and 0.00~2.76，the mean was 4.72, 0.63 and 1.22 espectively. Six resistant genotypes, including ‘XQ9-5’, ‘XQ33-9’, ‘XQ37-5’, ‘XQ42-9’, ‘XQ45-7’ and ‘JCL’, were identified based on SI. Integrating the three parameters, it was clear that both hulls and seeds involved in PHS resistance in intact spikes of hulless barley and there was no long-existent embryo dormancy found among the test genotypes. All the genotypes, except ‘XQ45-7’, had detectable α-amylase activity on the 4th day after germination. There was PHS resistance imposed by the hull and seed per se and the two factors can act together or independent of each other. Besides, landraces or Tibet hulless barley had a wider variation and relatively more PHS resistance when compared with cultivars or Sichuan hulless barley. No significant difference was found among hulless barley of different seed colors. The correlation analysis showed PHS resistance was negatively related to hundred grain weight, days to flowering, days to maturity, spike length, awn length and flag length but not related to plant height. This study provides essential information and several donor parents for breeding of resistance to PHS. 3. Alpha-amylase isozymes are encoded by a family of multigenes. They highly express in germinating seeds and is closely related to seed germination ability. In barley germinating seeds, the activity of high pI α-amylase is much higher than low pI α-amylase. The aim of this study was to determine the relationship between preharvest sprouting resistance of hulless barley and the gene structure of Amy1 gene which encodes high pI α-amylase. The coding region and cDNA of Amy1 gene of three resistant accessions, including ‘XQ32-5’ (TR1), ‘XQ37-5’ (TR2), ‘XQ45-7’ (TR3), two susceptible accessions ‘97-15’ (TS1), ‘9657’ (TS2) and one highly dormant barley accession ‘SAMSON’ (SAM) was cloned. Analysis of their DNA sequences revealed there were three exons and two introns in Amy1 gene. Thirteen variable sites were in exon2 and exon3, 2 variable sites were in intron2. SAM and TS1 had a GAACT insert segment in the same site in intron2. Only 8 variable sites caused the change of amino acid residues. There were 99% of similarity between the tested hulless barley and some of the variable sites might be related with preharvest sprouting resistance. Then, we investigated the expression level of Amy1 gene in the 7-day germination test. Results of quantitative real-time PCR indicated that the relative expression trends of Amy1 gene were the same but had significant differences in the increase fashion between hulless barleys and no detectable expression was found in SAM. Susceptible accessions had earlier expression and faster increase and reached the maximum on day 4 ~ day 5. Besides, total transcripts level was found lower in resistant accessions than susceptible accessions. This study indicated that α-amylase activity was highly related to the transcription level of Amy1 gene which not correlated to missense mutation sites. In conclusion, hulless barley, especially the landraces from Qinghai-Tibetan Plateau in China possesses high degree of variation in PHS performance, which indicates the potential of Tibetan hulless barley as a good source for breeding of resistance to PHS. This study provides several donor parents for breeding of resistance to PHS. Our results also demonstrate that agronomic traits may be used as assistants for PHS resistance selection in hulless barley. Besides, analysis of high pI α-amylase coding gene Amy1 revealed the relative high expression of was Amy1 one of the mainly reason of different PHS resistance level in hulless barley.

Influence of Laser Wavelength on Laser-induced Breakdown Spectroscopy Applied to Semi-Quantitative Analysis of Trace-Elements in a Plant Sample

Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) as a powerful analytical technique is applied to analyze trace-elements in fresh plant samples. We investigate the LIBS spectra of fresh holly leaves and observe more than 430 lines emitted from 25 elements and molecules in the region 230-438 nm. The influence of laser wavelength on LIBS applied to semi-quantitative analysis of trace-element contents in plant samples is studied. The results show that the UV laser has lower relative standard deviations and better repeatability for semi-quantitative analysis of trace-element contents in plant samples. This work may be helpful for improving the quantitative analysis power of LIBS applied to plant samples.

施钾水平对烟叶含钾量的影响

通过盆栽试验 ,采用定位叶片的方法 ,进行不同钾肥用量试验 ,研究了增施钾肥对石灰性土壤上烤烟吸钾和土壤供钾的影响及提高石灰性土壤上烤烟含钾量的可能途径。结果表明 ,增施钾肥可以显著提高烟叶含钾量 ;而当施钾量达一定水平时 ,只有大幅度增加钾肥施用量 ,烟叶含钾量才显著增加 ,但对烟叶产量影响不大。施钾对烟叶含钾量的提高作用在生育后期最为显著。保证生育后期充足的钾素供应对提高烟叶含钾量可能具有重要意义

氮素形态和铁营养对玉米苗期生长及体内铁分布的影响

以玉米(Zea mays)品种‘豫玉-22’为材料,采用营养液培养方法,研究了低铁和正常供铁条件下供应不同形态氮素对玉米苗期生长及体内铁分布的影响。结果表明:(1)与低铁介质相比,常铁介质增加了各氮素处理玉米幼苗的株高、地上部干重、全株干重,降低了根冠比,其中硝态氮处理表现得尤其突出;与供应硝态氮(NO3--N)相比,增施铵态氮(1/2 NO3--N+1/2 NH4+-N,NH4+-N)能明显促进低铁介质中玉米生长,但在常铁介质下作用不明显。(2)相比于低铁介质,正常供铁显著提高了相应处理玉米新叶叶绿素含量及净光合速率;2种供铁介质中,NH4+-N处理的新叶叶绿素含量以及净光合速率均高于其它氮素处理。(3)相比于低铁介质,正常供铁处理总体上增加了玉米各部分活性铁含量和全铁含量,对NO3--N处理的新叶活性铁含量增加尤其明显;2种供铁介质中,NH4+-N均有利于提高新叶活性铁含量和植株地上部全铁含量。(4)玉米新叶活性铁含量不仅与其叶绿素含量显著正相关(r=0.979**),也与叶片净光合速率显著正相关(r=0.950**)。研究发现,供铁状况显著影响玉米新叶的叶绿素含量及其净光合速率且与供氮形态存在互作;供应...

供钾方式对烟叶含钾量的影响

通过大田试验 ,研究了不同供钾方式对烟叶含钾量的影响及提高石灰性土壤上烤烟含钾量的可能途径。结果表明 ,施钾能显著提高烟叶产量 ,其中以粉肥结合喷优丰处理效果最好。在干旱条件下 ,增施钾肥可以显著提高烟叶含钾量 ,尤其能较大幅度提高中上部烟叶含钾量。粉肥对提高烟叶含钾量的效果稍优于粒肥。采用喷施“优丰 98- 2”进行根外补钾 ,可显著提高烟叶含钾量。在石灰性土壤上 ,干旱是提高烟叶含钾量的障碍因子。仅凭土壤施钾来提高烟叶含钾量 ,效果不稳定 ,受气候影响较大。土施结合喷施叶肥 ,是提高该区烤烟烟叶含钾量的有效途径。

保墒灌溉对渠灌类型区冬小麦产量构成及生理特性的影响

以传统耕作栽培方式为对照,研究了5种保墒灌溉栽培方式下冬小麦产量构成的差异,并对冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量、MDA含量、SOD含量、水分利用效率进行了研究。结果显示:不同保墒灌溉栽培方式对冬小麦均有增产作用,平均增产13.46%,穗长平均增加7.15%,不孕小穗数平均降低21.78%,结实小穗平均增加11.42%,穗粒数平均增加10.82%,千粒重平均增加11.05%。保墒灌溉栽培方式的冬小麦灌浆期旗叶叶绿素含量降低减缓,MDA含量降低、SOD含量增高,水分利用效率平均提高24.03%。结果表明,以免耕留茬方式增产幅度最大,水分利用效率最高。

湿地植物光合作用向水体供氧能力的试验研究

The results of the examination showed that some wetland plants' leaves and stems above the surface of water have little ability to supply water body with oxygen through roots of themselves while they are photosynthesizing. These plants are calamus(Acorus calamus), cattail(Typha angustifolia), wild rice stem(Zizania caduciflora), Cyoerus alternifokius, and water hyacinth(Eichhornia crassipes). It means that there is no relationship between these plants' photosynthesis and the breath of root cells. But duckweed(Lemna minor) has a small to raise DO 0.44mg·L -1 in average, while it is photosynthesizing during the examination. Reed(Phragmitas communis) may have a little the to provide oxygen for water body through root of itself while it is photosynthesizing. It raised DO 0.30mg·L -1 in average during the examination.

五种红树植物光合产量模型及对环境因子的响应

以木榄（Bruguiera gymnorriza）、白骨壤（Avicennia marina）、桐花树（Aegiceras corniculata）、秋茄（Kandelia candel）和海漆（Excoecaria agallocha）为对象，以光合作用对环境因子的响应为主线，建立了从叶片水平到群体冠层水平上的光合产量模型，探讨了从器官、个体到群体的光合产量对环境因子响应的定量关系。 将Farquhar提出的单叶片光合作用生理生化模型与气孔导度B-B模型相结合，建立了光合作用－气孔导度耦合模型。模型模拟结果与实际测量结果具有较好的一致性。在温度为25.0℃，光合有效辐射为1000μmol•m-2s-1 的条件下，当外部CO2浓度倍增到720μmol•mol-1时，白骨壤、木榄、桐花树、秋茄、海漆的光合速率分别提高22.56%，17.13%，18.43%，18.63%和18.41%。在大气CO2浓度和光合有效辐射通量密度不变的条件下，光合作用速率对温度的响应呈单峰型曲线，即有一个最适温度，5种红树植物的最适温度值均为26.5℃左右。大气CO2浓度和温度固定不变（分别为350μmol•mol-1和25.0 ℃）时，光合作用对光合有效辐射的响应符合Michaelis-Menten反应曲线，模型在PAR<1800μmol•m-2s-1时模拟精度较高（P<0.01）。 在典型晴天条件下，5种红树植物的光合速率日变化都出现两个极大值（分别在11时和15时左右），中午前后光合速率较低，模型模拟光合速率日变化与实测数值日变化趋势一致。本模型能较好地模拟5种红树植物光合产量以及对环境因子的响应，模拟预测精度较高（P<0.01）。 以Ross和Nilson叶倾角分布模型为基础，分别建立了直接辐射和散射辐射在冠层内传输的子模型。冠层内的消光系数均有明显的日变化，且上午8时之前和下午16时之后随时间变化较大。在典型晴天条件下，单位土地面积日合成干物质总量（折合为CH2O）白骨壤为15.840g•m-2d-1，对于木榄、桐花树、秋茄、海漆其相应的值分别为 22.254 g•m-2d-1， 23.610 g•m-2d-1，24.525 g•m-2d-1和25.996 g•m-2d-1 。

A new diterpenoid, taibairubescensin C, from Isodon rubescens

A new kaurenoid, taibairubescensin C (1), was isolated from the ethanol extract of the leaves and tender branches of Isodon rubescens (Hemsl.) Hara. Its structure was designated as 2beta,6alpha-diacetoxy-3beta, 11beta-dihydroxy-ent-kaur-16-en-15-one (1) on the basis of detailed spectroscopic analysis.

ent-kaurene diterpenoids from Isodon rubescens

Two kaurenoids, taibairubescensins A and B, were isolated from the ethanol extract of the leaves and branches of Isodon rubescens. Their structures are designated as 2 beta,3 beta-diacetoxy-11 beta,13 alpha-dihydroxy-ent-kaur-16-en-15-one and 3 beta,11 beta-diacetoxy-2 beta,6 alpha-dihydroxy-ent-kaur-16-en-15-one, respectively, on the basis of detailed spsctroscopic analyses. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

喀斯特小流域不同背景区植物叶片δ13值及其影响因素的研究

喀斯特石漠化地区由于其特殊的地表、地下二元结构，使得该区生态系统结构和机能非常脆弱，一旦生态系统，尤其是植被系统遭到破坏，其恢复难度将很大。虽然在90年代末期对喀斯特石漠化的研究才受到普遍的重视，并且被提升到国家层面进行恢复治理，但由于经济的飞速发展和喀斯特区人民群众发展生产力以及脱贫致富愿望的诉求，使得该区人－地矛盾突出，出现生态建设超前、基础理论研究以及政策指向落后的现象，并且在不同的人为干扰方式下，导致本已脆弱的喀斯特石漠化生态环境进一步恶化。针对上述特点，本文从基础理论研究方向着手，以同处一喀斯特小流域内的喀斯特背景区和非喀斯特背景区为研究背景，排除了一些环境上垫面的影响因素，以土壤、植物作为主要研究对象，并且结合利用国际上流行的稳定性碳同位素（δ13C）技术指示植物水分利用效率（WUE）的方法，分别详细论述了不同背景区从非退化到退化过程中的土壤-植被系统的协变关系，以及不同影响因素对植物叶片δ13C值判别的影响效应，并且通过与非喀斯特背景区进行比较研究的方法，以期为喀斯特背景区，尤其是石漠化地区土壤-植被系统的生态恢复和更加科学营造该区植物局地水分利用模式以及植被恢复物种的选择配置提供一定参考价值。对此，本论文得出以下认识： 一、不同背景区植物叶片δ13C值 本论文所研究的植物叶片 δ13C值变化范围在-25.60‰～-32.68‰之间，属于典型的C3植物。其中，石漠化样地的小果蔷薇有着最高的WUE （δ13C =-25.60‰），而次生林土山样地的莎草则有最低的WUE（δ13C= -32.65‰）。喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-28.52‰～-30.74‰、-25.60‰～-29.77‰之间，而非喀斯特背景区从非退化到退化的过程中，其植物叶片δ13C值的分布范围在-27.68‰～-32.68‰、-26.17‰～-30.11‰之间。在退化的石漠化和土山样地，植物叶片δ13C值显著比未退化的无石漠化和次生林土山样地要高，这也就表示植物的WUE具有随着从非退化到退化不断加强的趋势，并且石漠化与土山样地之间和无石漠化与次生林样地之间的植物WUE无显著性差异，喀斯特背景区植物的WUE总体上也要高于非喀斯特背景区的植物。 二、不同背景区土壤理化性质特征 本论文研究表明，不管是在喀斯特背景区还是在非喀斯特背景区，从非退化到退化的过程中，土壤的物理结构均发生了明显的压缩状况，而从土壤粒级含量和分形维数变化的趋势上看，在两背景区均呈现随着向退化过程的发展，土壤中大粒径颗粒增加，小粒径颗粒减少的的现象，特别是细粉粒最为显著。而从喀斯特背景区内土壤各级团聚体的变化中可以看出，当土壤退化至石漠化时，土壤大团聚体已遭到严重破坏，其抗蚀性能决定着地表植被一旦遭到破坏就会引起强烈退化。而在非喀斯特背景区，其大团聚体的百分比值远高于喀斯特背景区，土壤抵抗环境退化的承受力较强。 在不同背景区土壤化学性质方面，土壤均呈现随着退化程度的发展，土壤有机质、全N含量呈现降低的趋势。喀斯特背景区土壤中易于移动的营养元素表现出递减的趋势，而难于移动的元素呈现增加的趋势。而在非喀斯特背景区，由于非退化样地在其黄壤发育阶段经过了长期的、明显的脱硅富铝化过程，造成难移动的营养元素大量聚集的现象。因此土壤中移动性较高的营养元素随着退化程度的加深呈现逐渐递减的趋势，而移动性相对较弱的营养元素含量也呈现逐渐递减的现象。而不同背景区土壤有效态营养元素除P、K普遍低于临界值水平外，其余营养元素的变化趋势大致与全量变化趋势相似，并且喀斯特背景区的上述营养元素含量普遍要高于非喀斯特背景区。 在对土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值关系的研究中，尽管从非退化到退化过程中样方水平上来分析不同背景区土壤营养元素含量与植物叶片δ13C值的相关关系时与已有的研究结果存在一定的差异，但从宏观上比较喀斯特背景区与非喀斯特背景区，土壤中营养元素含量与植物叶片δ13C值呈现的是明显的正相关关系，即营养元素含量高的样地其植物WUE也随之增高。 三、不同背景区土壤-植被系统的退化协变关系 本论文重点对不同背景区退化过程中土壤-植被系统间土壤各项理化性质和植物叶片营养元素含量的相关性进行了分析。在喀斯特背景区退化的过程中，土壤物理性质与植物中P元素相关的要素是最多的，喀斯特背景区的P元素是一个重要的影响因子。而在非喀斯特背景区退化的过程中，土壤的物理性质与植物叶片营养元素之间均无显著性相关关系。并且在不同背景区退化的过程中，土壤化学性质与植物叶片营养元素含量大都呈现的是不显著相关关系。 对不同背景区从非退化到退化的过程中植物叶片的生物吸收系数与植物叶片营养元素含量和土壤营养元素含量的分析中表明，在喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到植物和土壤中营养元素含量的双重影响。而在非喀斯特背景区退化的过程中，植物叶片营养元素的吸收系数受到的影响与植物自身营养元素的含量密切相关，而土壤营养元素含量的背景则对其吸收系数影响不大。 四、不同背景区植物叶片营养元素含量与植物叶片δ13C值的关系 在对不同背景区植物叶片营养元素含量的相关分析中表明，不管是喀斯特背景区还是非喀斯特背景区，植物叶片营养元素N、K、Ca、Mg 、Fe的含量都较高，但P元素的含量却低于临界值，营养元素的含量特点属于Ca＞K＞Mg型，Ca含量都高于10000μg/g。在喀斯特背景区退化过程中，植物叶片的营养元素N、Na、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn含量与植物叶片δ13C值呈现正相关关系，而P、K、Fe营养元素的含量与δ13C值则呈现负相关关系。而非喀斯特背景区退化过程中，营养元素N、K、Ca、Mg、Cu的含量与δ13C值呈现负相关关系，Mn、Na与δ13C值呈现正相关关系，且营养元素P、Fe、Zn与δ13C值相关关系不显著。另外，喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值存在正相关关系，而非喀斯特背景区植物w(N)／w(P)比值与δ13C值则存在负相关关系。这些差异可能与不同背景区各样地之间小生境的条件和植物的种类差别有着一定的联系。 五、不同背景区土壤含水量的变化趋势与植物叶片δ13C值的关系 本论文选取了一场30mm降雨过后的7天，不同背景区土壤含水量与植物叶片 δ13C值的相关关系表明，石漠化样地土壤在7天内的失水幅度是最快的，尤其是在与该样地植物生长密切相关的0-20cm厚度范围内。这说明由于受其样地生境条件限制，土壤的水分蒸发量较大，含水量也较低；无石漠化样地由于受土壤厚度条件限制，其土壤含水量低于次生林土山；土山样地的土壤含水量也存在较大变化，而且其上、中、下坡的水分含量呈现逐渐递增的趋势，但无明显的显著性差异；次生林土山的土壤含水量变化幅度最小，说明其优越的生境条件对土壤水分保持是具有优势的。并且随着土壤含水量的逐渐增大，植物叶片δ13C值与之呈现显著的负相关关系，即土壤含水量越大，植物的WUE就越小。 六、不同背景区植物叶片解剖形态结构与植物叶片δ13C值的关系 本论文对不同背景区植物叶片解剖形态结构的分析表明，不同背景区退化样地上的植物叶片解剖形态结构中的栅栏组织厚度、海绵组织厚度、栅栏组织厚度/海绵组织厚度、上角质层厚度、下角质层厚度、最大导管直径和气孔密度均较未退化的样地呈现显著性差异。其中，随着从未退化到退化过程的发展，解剖形态结构中除海绵组织厚度逐渐变薄外，其余指标则逐渐增厚，并且石漠化样地上的植物叶片解剖形态结构上述指标均显著高于其它样地。而生长在喀斯特背景区和非喀斯特背景区的同种植物叶片解剖形态结构差异性不显著。不同背景区退化过程中的上述主要植物叶片解剖形态结构指标均与植物叶片δ13C值呈现正相关关系。这说明了在本研究小流域内，由于光、热、水、气等外部影响因素的一致性，植物为了适应环境的改变其自身产生的形态结构响应具有一致的趋势。