喀斯特特有植物罗甸小米核桃幼苗对光照强度的可塑性响应

研究光照强度对1年生喀斯特特有植物罗甸小米核桃幼苗可塑性的影响,探讨其在个体定居初期如何响应不同光照强度的变化及其生态适应策略.设置约为自然光100%、75%、50%和25%的光照强度处理材料,4个月后收获,比较分析罗甸小米核桃幼苗的形态、生物量分配和生理性状在不同光照强度处理下的差异,并对可塑性指标进行综合评价.结果表明,在中度光强(50%自然光照)下,植物采取增加高度,增大叶面积,增加各部位(根茎叶)的生物量分配,提高叶绿素含量、光合作用,促进游离脯氨酸含量积累和超氧化物歧化酶(SOD)活性来综合调控,此时的丙二醛(MDA)积累量最低、为34.77 nmol/g,说明植物在这种光照强度下适应性最强.其次为高光强(75%自然光照)下,植物的以上各功能性状表现也能达到良好状态.此外,在低光强(25%自然光照)下,植物也具有较高的比叶面积、光合参数等性状.综合看植物各可塑性指标(0.06-0.52),生物量分配>生理性状>形态性状,且根冠比与过氧化物酶(POD)活性可塑性指数最大、分别为0.52和0.51,叶片厚度与SOD活性最小、分别为0.08和0.06.综上所述,在个体定居初期,喀斯特特有植物罗甸小米核桃幼苗各形态、生物量分配和生理性状响应光照强度的敏感程度及调控机制存在明显差异,仅在全光下诱导植物出现明显的抑制表型性状外,在高中低光强下均能灵活地塑造其自身性状来协同维持植物正常生长发育,具有的光照幅较广和可塑性强的特点可能是保证其稳定生存在这种喀斯特高度异质性生境的两个重要原因.(图4表3参42)     

紫背天葵(Begonia fimbristipula Hance)叶片形态和生理生态特征对不同光强的响应

紫背天葵(Begonia fimbristipula Hance)是我国特有的珍稀濒危药用植物。以紫背天葵组培球茎为材料,通过遮阴网设置3种光照强度,分析紫背天葵叶片形态、生理、营养元素及次生代谢产物含量对光照的响应特征,以期为其人工栽培提供理论指导。结果表明,紫背天葵的比叶面积和表观量子效率随光照强度的增大而降低,而上表皮厚度随光照强度的增大而增加。尽管高光照(80%自然光照)处理下的紫背天葵叶片具有更高的最大光合速率、光补偿点、光饱和点、瞬时水分及光能利用效率,但对照(50%自然光照)下的紫背天葵叶片具有更丰富的总花青素含量(0.4μmol·g-1)。与对照相比,低光照下(20%自然光照)的紫背天葵叶片最大光和速率、暗呼吸速率、光补偿点、光饱和点及瞬时水分利用效率显著降低,且总花青素含量无显著差异。上述结果表明,紫背天葵可通过调节自身形态生理特征来适应较高或较低的光照条件,对不同的光环境有较好的适应能力。但从叶片药用成分保持的角度来看,紫背天葵在接近原生境光照条件的50%自然光照下具有更佳的光合作用和花青素合成能力,可作为其人工栽培的参考光照条件。     

不同光环境下薇甘菊形态和生理可塑性及其响应研究

研究了华南地区外来入侵种薇甘菊Mikania micrantha H B Kunth不同光环境下形态和生理可塑性及其适应性响应。通过模拟开阔地段、林缘、大林窗、小林窗、林下等不同生境的的光照环境,并设计一个干扰实验,分析了薇甘菊的生长、碳同化以及生物量分配如何对光环境作出适应性响应。研究了当干扰发生时,薇甘菊如何对光环境的变化做出形态和生理可塑性响应。通过对其各项生物量分配及气体交换等指标的观测,在小林窗光照环境下薇甘菊生长缓慢生物量积累较少,但是如果一旦受到干扰,光照环境得到改善,薇甘菊将在很短的时间内通过适应性形态和生理可塑性响应,迅速体现出较强的入侵性。这也可能是入侵植物薇甘菊＂坐待对策（sit and wait strategy）＂的生动体现：如果外界环境不利,暂且先保持繁殖体（种子或者根茎）,一旦条件成熟（发生干扰条件得到改善或者遗传变异或者生态生理的积累）,就会迅速爆发。所以我们一方面,不用担心郁闭的森林会被薇甘菊入侵,但另一方面也要注意干扰会引起光照等环境条件的改变,使得原来潜伏于林下的薇甘菊繁殖体重新变得富有入侵性。     

光照对伊乐藻（Elodea nuttallii）幼苗生长及部分光能转化特性的影响

将伊乐藻幼苗种植于不同光照强度水体中,定期测定伊乐藻主要生长发育指标,并用水下饱和脉冲叶绿素荧光仪测定幼苗叶片的叶绿素光合荧光参数,研究高于光饱和点的光强、介于光饱和点与补偿点之间的光强、低于光补偿点的光强对伊乐藻幼苗生长以及光系统Ⅱ(PSⅡ)光合荧光特性的影响.结果表明:(1)不同光照强度对伊乐藻幼苗株高、叶片数、鲜重有显著影响.100%、5%、1%自然光照组伊乐藻幼苗株高、叶片数、鲜重随时间变化均呈现增加趋势,但试验后期100%自然光照组幼苗增长率有所下降,1%自然光照组增长率变缓;0.5%、0.1%、0.05%自然光照组幼菌株高、叶片数、鲜重随时间变化均呈现下降趋势,试验结束时,0.1%、0.05%自然光照组幼苗株高比初始降低了 20%、60%;(2)不同光照强度对伊乐藻幼苗叶片的光合色素含量有显著影响.Chla、Chlb含量随光强减弱均呈现升高趋势,而Chla/Chlb则呈现降低趋势,表明随着光强的逐渐降低,植物通过调节色素含量来增加对光能的捕获,从而提高叶片对光能的吸收以适应外界的逆境生长环境;(3)伊乐藻幼苗光适应能力随光照强度小同而有明显差异,其中5%自然光照组幼苗光适应能力明显高于其他组,试验结束时,6组幼苗的最大电子传递速率由大到小依次为5%、100%、1%、0.5%、0.1%、0.05%自然光照组.     

青藏高原极端环境植物适应性进化分子机制研究进展

通过综述青藏高原极端环境植物适应性进化分子机制,总结了植物对于青藏高原低温、干旱、强辐射及传粉者稀少等环境表现出的不同适应机制.根据现有研究进展,提出青藏高原植物适应性分子进化机制几个研究方向,期望为研究植物对极端环境和逆境的适应性进化分子机制提供一定的参考.     

植物地上部分对大气CO2浓度升高的响应

大气CO2浓度升高对植物的影响，主要是促进了植物生长早期的光合作用，同时也增加了对其他资源的需求；植物的光合作用也存在对高CO2浓度的适应，不会一直维持较高的光合水平，而且植物的呼吸作用也可能会增加；大气CO2浓度升高和其他环境条件，如水分，温度和光照等对植物生长和产量存在相互作用，可以部分弥补条件的不足，也影响作物和杂草的竞争关系；自然植物群落由于有很高的多样性和复杂性，对其研究应该在生物群落水平上进行，用外推法回到植物水平，而不是相反，而且自然物种间的竞争是激烈的，CO2浓度升高或其他因素带来的任何改善，都会明显地改变竞争平衡。     

3种光强环境下白魔芋生长旺盛期的光合和叶绿素a荧光特征

为了解生长旺盛期的白魔芋(Amorphophallus albus)对不同光强环境的适应机制,通过模拟白魔芋在农业生产中常见的3种生长光环境(高光、中光、低光),研究叶片气体交换和叶绿素a荧光参数的变化.结果显示:随着生长环境光强的减小,白魔芋的暗呼吸速率和表观量子产额显著增大(P0.05),且在低光下最大净光合速率(A_(max))、水分利用效率和羧化效率具有最大值,光补偿点和CO_2补偿点在高光条件具有最大值;高光生长环境下白魔芋对光合诱导反应更迅速,且随着初始气孔导度(G_(s-initial))的增大,达到最大净光合速率30%、50%和90%所需的时间逐渐降低.低光生长环境下白魔芋的光系统II(PSⅡ)光下最大光化学效率(F_v′/F_m′)、实际光化学效率(ΔF/F_m′)、非光化学淬灭(NPQ)和电子传递速率(ETR)具有最大值;高光生长环境下白魔芋将更多光能分配到非光化学途径(Φ_(NPQ)),而中、低光生长环境下光化学途径(Φ_(PSⅡ))比例较高.综上表明,处于生长旺盛期的白魔芋在中、低光生长环境下有着较高的光合效率,并通过增加热耗散增强光保护能力;高光生长环境下白魔芋具有较快的光合诱导速率,同时通过增强PSⅡ抑制状态的转换能力等策略来适应高光,从而避免光合机构不可逆的损伤.(图8表2参45)     

三江平原小叶章和芦苇幼苗生长对低光胁迫的响应

采用5种低光处理000、200、400、600、1000lx）研究了小叶章和芦苇幼苗成活和生长对低光胁迫的响应．两种湿地植物幼苗的成活率均随着光照强度的升高而显著增大,小叶章和芦苇幼苗全部成活的光照强度下限分别为400、1000lx．两种植物幼苗生长参数（根重、茎重、叶重、总生物量、绝对生长速率、相对生长速率、净同化速率）都随光照强度的升高显著增大,而叶生物量比和形态学参数（叶面积比、比叶面积）随光照强度的升高显著降低．可见,小叶章和芦苇幼苗生长明显受到光照的影响,幼苗可通过增大光合器官的投入适应低光环境．相对芦苇而言,小叶章幼苗在低光胁迫下形态可塑性大,小叶章更低的存活光强下限及更强的形态可塑性表明小叶章幼苗适应低光胁迫的能力大于芦苇,这可能是小叶章能成为三江平原典型草甸、湿草甸和沼泽群落的优势种,而芦苇只能成为伴生种的主要原因之一．图6表1参31     

三江平原小叶章和芦苇幼苗生长对低光胁迫的响应木

采用5种低光处理(100、200、400、600、1000 lx)研究了小叶章和芦苇幼苗成活和生长对低光胁迫的响应.两种湿地植物幼苗的成活率均随着光照强度的升高而显著增大,小叶章和芦苇幼苗全部成活的光照强度下限分别为400、1 000 lx.两种植物幼苗生长参数(根重、茎重、叶重、总生物量、绝对生长速率、相对生长速率、净同化速率)都随光照强度的升高显著增大,而叶生物量比和形态学参数(叶面积比、比叶面积)随光照强度的升高显著降低.可见,小叶章和芦苇幼苗生长明显受到光照的影响,幼苗可通过增大光合器官的投入适应低光环境.相对芦苇而言,小叶章幼苗在低光胁迫下形态可塑性大,小叶章更低的存活光强下限及更强的形态可塑性表明小叶章幼苗适应低光胁迫的能力大于芦苇,这可能是小叶章能成为三江平原典型草甸、湿草甸和沼泽群落的优势种,而芦苇只能成为伴生种的主要原因之一.图6表1参31     

高山草地长花马先蒿的性状和生物量分配对坡向的适应

长花马先蒿(Pedicularis longiflora)是一种传统药用植物,广泛分布在高山草地及溪流旁等处.为了更好地开发、利用和保护该药用植物,从植物性状和生物量分配着手,探讨其对环境变化的适应性,首先测定不同坡向基本环境因子,然后对比不同坡向长花马先蒿的叶片性状、叶片数目、株高及其之间的相关性和权衡关系,其次从生物量分配的角度探究该植物对不同坡向的适应对策,进而阐述该植物性状及生物量指标与环境因子的回归关系,最后从功能性状到个体生物量进行尺度上推.结果表明,长花马先蒿主要通过调整比叶面积适应不同的坡向生境,西南坡植株的比叶面积为(175.272±6.597)cm2/g,比东南坡植株大.长花马先蒿成对器官生物量之间均为等速生长关系(α=1),给定茎生物量时,西南坡植株的叶生物量相对更大,形成更有利于光合作用的适应对策,而东南坡植株更多地投入到繁殖器官,使种群得以更好延续,其生物量分配受等速生长关系的限制,同时在环境因子的影响下,存在着"最优分配".温度和群落内竞争是影响该植物性状和生物量分配的主要因素,从药用植物资源保育的角度考虑,长花马先蒿人工繁育过程需要适宜的生长温度,并减少群落内的物种竞争.因此,在环境因子的作用下长花马先蒿的性状和生物量分配存在一定的权衡和适应,这可为该药用资源的开发和利用提供支撑.     

Heterogeneity in the photoprotective capacity of three Antarctic diatoms during short-term changes in salinity and temperature

The Antarctic marine ecosystem changes seasonally, forming a temporal continuum of specialised niche habitats including open ocean, sea ice and meltwater environments. The ability for phytoplankton to acclimate rapidly to the changed conditions of these environments depends on the species’ physiology and photosynthetic plasticity and may ultimately determine their long-term ecological niche adaptation. This study investigated the photophysiological plasticity and rapid acclimation response of three Antarctic diatoms—Fragilariopsis cylindrus, Pseudo-nitzschia subcurvata and Chaetoceros sp.—to a selected range of temperatures and salinities representative of the sea ice, meltwater and pelagic habitats in the Antarctic. Fragilariopsis cylindrus displayed physiological traits typical of adaptation to the sea ice environment. Equally, this species showed photosynthetic plasticity, acclimating to the range of environmental conditions, explaining the prevalence of this species in all Antarctic habitats. Pseudo-nitzschia subcurvata displayed a preference for the meltwater environment, but unlike F. cylindrus, photoprotective capacity was low and regulated via changes in PSII antenna size. Chaetoceros sp. had high plasticity in non-photochemical quenching, suggesting adaptation to variable light conditions experienced in the wind-mixed pelagic environment. While only capturing short-term responses, this study highlights the diversity in photoprotective capacity that exists amongst three dominant Antarctic diatom species and provides insight into links between ecological niche adaptation and species’ distribution.     

外来入侵植物簕仔树若干形态和生理生态特性

簕仔树Mimosa bimucronata在广东为外来入侵种,对其种子形态及生理、叶片生理生态特性进行测定,并与原产地（南美洲）和3种本地（中国广东）植物的相关指标对比,以了解其生态适应性。结果表明：种子长4.29mm,宽3.30mm,大小、含水量（6.23%～8.23%）与原产地的无显著差异;可溶性糖、氨基酸和蛋白质含量分别为32.00、8131.06和2487.04μg·g-1（以干质量计）。活种子比例98.89%～100.00%,萌发率仅32.80%;相对电导率5.35%～11.66%。叶片绿色度29.39,但叶绿素b含量高;对比本地植物,在低光照高湿度下,簕仔树净光合速率（以CO2计）1.339μmol·m-2·s-1低,呼吸速率（以CO2计）1.828μmol·m-2·s-1高,在测定时间内未检测出其蒸腾速率;生理生态指标的表现与阳性植物木荷Schima superba类似,而明显与耐荫植物阴香Cinnamomum burmannii幼苗和九节Psychotria rubra不同。利用其阳性植物特征,可进行遮蔽以减轻潜在的生态危害。     

松科植物对干旱胁迫的反应

水分亏缺是制约树木生长的重要环境因子，植物通过形态、生理以及分子水平来适应水分亏缺．渗透调节使植物在低水势下维持正常生理活动，是植物忍耐水分亏缺的重要生理机制．干旱胁迫下，植物形态结构变化有利于水分吸收和传导，从而提高水分利用效率；同时，生物量向根部的分配增加，叶面积/边材面积比发生变化，这种生物量分配转移提高了根和茎向叶片输水能力，从而防止气穴现象；干旱胁迫容易引起光能过剩，过剩的光能会对光合器官产生潜在的危害．依赖于叶黄素循环的热耗散是光保护的主要途径；同时酶促及非酶促系统也是防止光合器官破坏的重要途径；脱落酸作为一种激素逆境信号，活化了与抗旱诱导有关的基因．本文从形态变化、渗透调节、气穴现象、光合作用、水分利用效率、脱落酸以及分子机理等方面阐述了松科植物对干旱胁迫的响应，并对耐旱指标的筛选进行了讨论，干旱胁迫下，各耐旱机理相互制约，需要联合各个方面的因素来考虑整个植物对干旱的反应．参99。     

大气CO2浓度升高对植物光合作用的影响

大气CO2浓度不断升高以及由此带来的温室效应已成为全球变化研究的热点问题之一。CO2作为植物光合作用的底物,其浓度升高必然对植物的光合作用产生影响。大气CO2浓度升高对植物光合作用的影响主要体现在:对不同植物的光合色素含量均有影响,但结果有所差异;短期处理光合速率提高,而长期处理则可能出现光合适应,其适应机理目前尚存在分歧;不同光合类型植物的叶片形态结构有不同的响应结果,叶绿体超微结构也明显变化;生物量和产量提高。此外,CO2浓度升高与其它环境因子相互作用对植物的光合作用也具有重要影响。大气CO2浓度升高条件下对木本植物的研究、在分子水平上的深入研究以及在不同环境下的研究将成为未来研究的主要方向。     

Picophytoplankton responses to changing nutrient and light regimes during a bloom

The spring bloom in seasonally stratified seas is often characterized by a rapid increase in photosynthetic biomass. To clarify how the combined effects of nutrient and light availability influence phytoplankton composition in the oligotrophic Gulf of Aqaba, Red Sea, phytoplankton growth and acclimation responses to various nutrient and light regimes were recorded in three independent bioassays and during a naturally-occurring bloom. We show that picoeukaryotes and Synechococcus maintained a “bloomer” growth strategy, which allowed them to grow quickly when nutrient and light limitation were reversed. During the bloom picoeukaryotes and Synechococcus appeared to have higher P requirements relative to N, and were responsible for the majority of photosynthetic biomass accumulation. Following stratification events, populations limited by light showed rapid photoacclimation (based on analysis of cellular fluorescence levels and photosystem II photosynthetic efficiency) and community composition shifts without substantial changes in photosynthetic biomass. The traditional interpretation of “bloom” dynamics (i.e., as an increase in photosynthetic biomass) may therefore be confined to the upper euphotic zone where light is not limiting, while other acclimation processes are more ecologically relevant at depth. Characterizing acclimation processes and growth strategies is important if we are to clarify mechanisms that underlie productivity in oligotrophic regions, which account for approximately half of the global primary production in the ocean. This information is also important for predicting how phytoplankton may respond to global warming-induced oligotrophic ocean expansion.     

A trade-off between prey- and predator-induced polyphenisms in larvae of the salamander Hynobius retardatus

Organisms in natural habitats participate in complex ecological interactions that include competition, predation, and foraging. Under natural aquatic environmental conditions, amphibian larvae can simultaneously receive multiple signals from conspecifics, predators, and prey, implying that predator-induced morphological defenses can occur in prey and that prey-induced offensive morphological traits may develop in predators. Although multiple adaptive plasticity, such as inducible defenses and inducible offensive traits, can be expected to have not only ecological but also evolutionary implications, few empirical studies report on species having such plasticity. The broad-headed larval morph of Hynobius retardatus, which is induced by crowding with heterospecific anuran (Rana pirica) larvae, is a representative example of prey-induced polyphenism. The morph is one of two distinct morphs that have been identified in this species; the other is the typical morph. In this paper, we report that typical larval morphs of Hynobius can respond rapidly to a predatory environment and show conspicuous predator-induced plasticity of larval tail depth, but that broad-headed morphs cannot respond similarly to a predation threat. Our findings support the hypothesis that induction or maintenance of adaptive plasticity (e.g., predator-induced polyphenism) trades off against other adaptive plastic responses (e.g., prey-induced polyphenism). For a species to retain both an ability to forage for larger prey and an ability to more effectively resist predation makes sense in light of the range of environments that many salamander larvae experience in nature. Our results suggest that the salamander larvae clearly discriminate between cues from prey and those from predators and accurately respond to each cue; that is, they adjust their phenotype to the current environment.     

三叶爬山虎叶片解剖结构和光合生理特性对3种生境的响应

藤本植物生活环境的时空变化较为剧烈,为适应异质性生境常表现出较大的可塑性,其形态解剖结构及光合生理特征被认为能很好地体现对异质生境的适应。为了明确藤本植物叶片结构和光合作用对不同生境光强的响应策略,以木质藤本三叶爬山虎（Parthenocissus himalayana）为对象,采用光合仪测定和解剖显微观察的方法研究了哀牢山亚热带湿性常绿阔叶林的林外（全光照）、林缘（遮荫）和林内（荫生）3种自然生境中三叶爬山虎的叶片解剖结构和光合生理特征的变化,以期阐述三叶爬山虎对不同光环境的生态适应能力及策略,为森林生态系统的管理和物种多样性的保护及群落优化配置提供理论依据。结果表明：从林内到林外随着生境光强增加,叶片厚度（157.77～299.17μm）、上表皮厚度（21.30～28.40μm）、栅栏组织厚度（30.83～124.65μm）、栅栏组织细胞面积（430.95～652.97μm2）显著增大（P〈0.01）,栅栏组织细胞长度（29.23～49.54μm）和周长（86.58～155.17μm）、下表皮厚度（16.14～19.01μm）、气孔长度（24.13～27.10μm）和气孔密度（86.20～129.41个·mm-2）呈显著上升趋势（P〈0.05）。栅栏组织细胞宽度（19.67～22.81μm）在3种生境中无显著差异。叶片解剖结构性状的平均可塑性值为0.37,其中最大值是栅栏组织细胞长度（0.67）,最小值是气孔长度（0.11）。光饱和点（201.27～1299.17μmol·m-2·s-1）、光补偿点（3.86～29.88μmol·m-2·s-1）、饱和光强最大光合速率（2.20～12.03μmol·m-2·s-1）、暗呼吸速率（0.17～2.19μmol·m-2·s-1）、CO2补偿点（83.01～237.26μmol·m-2·s-1）、饱和CO2最大净光合速率（2.07～25.49μmol·m-2·s-1）、光呼吸速率（0.36～7.57μmol·m-2·s-1）、初始羧化效率（0.006～0.035μmol·μmol-1）随着生境光强的增高呈上升趋势,而表观量子效率（0.067～0.031μmol·?     

Planting gardens to support insect pollinators

Global insect pollinator declines have prompted habitat restoration efforts, including pollinator-friendly gardening. Gardens can provide nectar and pollen for adult insects and offer reproductive resources, such as nesting sites and caterpillar host plants. We conducted a review and meta-analysis to examine how decisions made by gardeners on plant selection and garden maintenance influence pollinator survival, abundance, and diversity. We also considered characteristics of surrounding landscapes and the impacts of pollinator natural enemies. Our results indicated that pollinators responded positively to high plant species diversity, woody vegetation, garden size, and sun exposure and negatively to the separation of garden habitats from natural sites. Within-garden features more strongly influenced pollinators than surrounding landscape factors. Growing interest in gardening for pollinators highlights the need to better understand how gardens contribute to pollinator conservation and how some garden characteristics can enhance the attractiveness and usefulness of gardens to pollinators. Further studies examining pollinator reproduction, resource acquisition, and natural enemies in gardens and comparing gardens with other restoration efforts and to natural habitats are needed to increase the value of human-made habitats for pollinators.