玉米幼苗根系形态对芘污染的响应

采用盆栽试验探讨了玉米（Zea mays L.）根系形态学参数（根质量长度、根质量面积、根质量体积、根平均直径及不同根直径等级分布）对不同浓度芘污染胁迫的响应。较低浓度芘可适当地刺激玉米的生长,高浓度芘处理抑制了玉米的生长,并且抑制作用随芘处理浓度的提高而增强;芘对玉米根系的影响要大于对茎叶的影响。不同浓度芘处理下玉米根系形态学参数发生了显著的变化,与对照相比,芘处理下根直径显著降低,根质量长度、根质量面积和根质量体积显著增大,且随芘处理浓度的提高其效应更显著。     

不同锰处理对镉胁迫下2种油菜重金属累积和根系形态的影响

采用水培试验,研究Cd胁迫(10μmol·L~(-1))条件下,不同浓度Mn(0,0.1,1,10,100μmol·L~(-1))处理对2种镉累积能力不同的油菜生物量、Cd和Mn含量以及根系形态参数的影响。结果表明,与正常营养处理Mn1相比,缺Mn和Mn过量处理显著降低2种油菜的地上部和镉低积累油菜"华骏"的根部生物量,而对普通油菜"寒绿"的根部生物量没有显著影响。与Mn1处理相比,缺Mn处理下2种油菜的Cd累积总量和"华骏"地上部Cd含量显著降低;Mn过量处理下2种油菜根部和地上部Cd含量均呈升高趋势,2种油菜的Cd累积总量无显著变化或显著降低。随Mn处理浓度升高,2种油菜地上部和根部Mn含量显著升高,缺Mn处理下2种油菜根部的Mn含量低于Mn缺乏的临界值。与Mn1处理相比,缺Mn处理下"华骏"的根长、表面积、体积、平均直径和根尖数显著降低;Mn过量处理下"寒绿"的根长以及"华骏"的根系表面积、体积显著降低;缺Mn处理下2种油菜细根表面积所占的比例增加,粗根表面积比例降低;Mn过量时,"寒绿"的粗根表面积比例增加,细根比例降低,而"华骏"则相反。总的来看,缺Mn处理影响油菜根系和地上部生长,减少地上部Cd含量和植株Cd累积总量;Mn过量处理下油菜生长也受到抑制,但是油菜地上部和根部Cd含量有所升高;2种油菜的根系形态学参数在不同Mn处理下变化规律不同,表现出不同的响应策略。     

西北典型荒漠植物红砂生物量及根系形态特征对降水格局的响应

红砂(Corispermum candelabrum)是一种广泛分布于荒漠生态系统中的典型沙生植物。以红砂为研究对象,利用塑料遮雨棚,人工模拟不同降水格局(降水量不变,W;降水减少30%,W1-;降水减少60%;W2-;降水增加30%;W1+;降水增加60%,W2+),研究红砂生物量及根系形态的变化特征。结果表明,(1)红砂地上和地下生物量均表现为:降水增加CK降水减少,其中地上生物量差异达显著(P0.05)。对于降水增加处理,红砂不同器官生物量大致表现为茎叶花;对于降水减少处理,不同器官生物量大致表现为叶茎花。不同降水处理下根冠比差异均不显著(P0.05)。(2)不同土层根重和根长密度基本表现为降水增加对照降水减少;根重和根长密度均随着土层深度的增加而逐渐减小,在40～50cm土层根重和根长密度较低。(3)降水对红砂根系形态特征具有显著的影响,其中降水增加(W1+、W2+)增加了根平均直径、根总长、总表面积、比根长;降水减少(W1-、W2-)降低了根平均直径、根总长、总表面积、比根长。比根长和比表面积则呈现出相反的变化趋势。(4)随着降水的增加,根系分形维数逐渐增加,其中降水增加显著增加了根系分形维数(P0.05),降水减少显著降低了根系分形维数(P0.05);根系丰度呈相反的变化趋势,并且红砂根系分形维数和分形丰度间均存在极显著负相关关系(P0.01)。(5)红砂根系形态特征排序分析表明,降水增加根系形态特征主要分布在排序轴的左侧,具有较高的生物量以及较低的比根长和比表面积;而降水减少位于排序轴的右侧具有相反的特征,其形态特征与比根长和比表面积具有较强的负相关,说明红砂根系具有较强的形态可塑性。     

水稻根系生长发育对CO2浓度升高的响应及其品种间的差异

Minirhizontrons是一种非破坏性、定点、可直接观测和研究植物根系的新方法。利用微根管Minirhizotrons在试验田的温室大棚内研究CO2浓度升高作用下的水稻根系生长发育,试验采用完全随机处理,探讨CO2浓度升高（800μmol·mol-1）对水稻（Oryza sativa L.）生物量和根系形态的变化差异。结果表明,与CO2对照相比,CO2浓度升高显著增加4个水稻品种（2种杂交籼稻和2种常规籼稻）的地上部生物量,增幅为8.58%-12.66%,平均增加10.61%。CO2浓度升高条件下,根的生物量分别增加了3.16%-12.13%,平均增加8.64%。高CO2浓度对根系形态的影响表明,4种水稻根系对CO2浓度升高都有积极的响应。CO2浓度升高条件下,各根系指标在水稻不同生育期都有显著增加,根长密度、表面积、体积和根数的平均增幅分别为10%-27%、21%-24%、20%-58%和4%-18%。但在水稻生长发育过程中,品种间也存在着差异。CO2浓度升高和对照处理,籼型杂交稻威优644（V644）和金优207（JY207）的根长密度和根数表现出相似的变化趋势;高CO2浓度处理时其根长密度平均都增加了10%,根数平均增加4%和8%。CO2浓度升高和对照处理,2种籼型杂交水稻的根体积和表面积表现出较快的增长幅度,都呈现出近线性的生长趋势;CO2浓度升高处理下其根体积平均增加40%和25%,表面积平均都增加了24%。CO2浓度升高和对照处理,籼型常规稻湘晚12号（XW12）和丰华占（FHZ）的生长变化趋势表现一致,生长发育后期达到一个近似饱和的拐点。CO2浓度升高条件下其根长密度、根数和根体积分别平均增加27%和24%、18%和11%、58%和20%,根表面积平均都增加了21%。     

次生林和人工林根系生物量、形态特征、养分及其与土壤养分关系

通过珍贵树种人工林和次生林根系形态特征及生物量研究,揭示根系在养分循环与地力维持中的作用机制,为当地的人工林经营和次生林的保护提供科学指导意见。以广东省乐昌市龙山林场60年生次生林,16年生红锥(Castanopsis hystrix)和乐昌含笑(Michelia chapensis)人工纯林为研究对象,根系采用土钻野外取样和根系扫描仪室内分析相结合的方法。结果表明:(1)3种林分的根系生物量差异显著(P0.05),红锥林根系生物量最高(108.05±33.67) g·m~(-2)其次为次生林(76.55±36.38) g·m~(-2)),乐昌含笑林最低(73.31±57.70) g·m~(-2);(2)比表面积、根组织密度、根面积密度在3种林分中无显著性差异(P0.05),而根系平均直径、比根长、根长密度在3种林分中有显著性差异(P0.05),且乐昌含笑林根组织密度最低;3种林分不同直径范围根系的根长、表面积、体积占总体百分比,表现一致的变化趋势;(3)红锥林和乐昌含笑林的根系C与根系比根长和比表面积显著正相关,而次生林无相关性;(4)次生林土壤P与根长密度和根面积密度显著负相关,而红锥林呈显著正相关;红锥林土壤C、N与根系K显著负相关,而土壤K与根系K显著正相关。因此,在该研究地可以选择乐昌含笑乡土树种作为造林树种,并适当的增施K、C、P肥有助于提高林木生产。     

达乌里胡枝子根系形态特征对土壤水分变化的响应

为揭示黄土丘陵区天然草地群落优势种达乌里胡枝子(Lespedeza davurica L.)根系生长与土壤水分供应条件间的关系,采用盆栽控制试验,设置高水(土壤田间持水量80%)、中水(土壤田间持水量60%)和低水(土壤田间持水量40%)3个处理后,在现蕾期、开花期和结实期进行阶段改善水分供应条件,生育期末测定和计算了不同土壤水分处理下达乌里胡枝子根系生物量和形态特征.结果表明:达乌里胡枝子根系生长与水分供应条件密切相关,充分的水分供应有利于促进其根系生物量增大和根系长度的生长,但适度水分胁迫有利于增强其根系的吸收能力.其根系生物量和总根长在高水处理下显著最高(P0.05);根表面积、比根长和比根面积以中水处理下显著最高(P0.05);不同水分处理下,其根系平均直径为0.76-0.94 mm,根系生物量、根表面积和总根长间存在显著的正相关关系(P0.05).综上,充足的水分供应有利于促进达乌里胡枝子根系生物量积累和根系形态建成,其根系生物量及其形态特征对水分阶段改变的响应不仅取决于水分供应条件改善的幅度,也与其生育期密切相关.     

西南亚高山冬瓜杨和峨眉冷杉吸收根特征

植物的吸收根是植物从土壤中获取资源的重要器官,其快速周转在生态系统碳循环和养分循环中充当着重要作用,而且其形态特征也反映了植物根系对地下资源利用策略的异同.以海螺沟冰川末端原生演替后期非顶极落叶阔叶林优势物种冬瓜杨(Populus purdomii)和顶极的暗针叶林群落优势物种峨眉冷杉(Abies fabri)作为研究对象,采用土钻法获取两种优势物种的吸收根,分别测定两个优势树种的吸收根形态特征及对应的林下土壤养分含量、温度和湿度.结果显示:(1)两个森林群落林下的土壤温湿度差异不显著,但峨眉冷杉群落土壤总氮、有效氮、有效磷、铵态氮及硝态氮显著高于冬瓜杨群落;(2)峨眉冷杉的总根长、根长密度、比根长和比表面积显著低于冬瓜杨,平均根直径、总根体积和生物量密度显著高于冬瓜杨;(3)冗余分析表明,冬瓜杨和峨眉冷杉的部分吸收根形态特征和土壤养分存在着正相关性,其中冬瓜杨林下土壤有效氮、总磷分别和冬瓜杨根长密度、根比表面积呈显著正相关,峨眉冷杉林下土壤有效氮和峨眉冷杉吸收根平均直径呈显著正相关.上述研究结果说明土壤中氮和有效磷养分显著不同可能是造成冬瓜杨和峨眉冷杉吸收根形态特征差异的重要因素.(图3表1参46)     

干热河谷优势灌木种类的根系结构及碳氮磷元素含量特征

研究干热河谷优势灌木的根系特征,有助于了解植物根系的养分和水分吸收能力、固土作用及对恶劣环境的适应与生存策略,为干热河谷植被恢复和生态环境改善提供理论依据.选取马桑(Coriaria sinica)、坡柳(Dodonaea viscose)和苦刺(Sophora davidii)3种干热河谷优势灌木种类,对其根系的形态结构特征和碳(C)、氮(N)、磷(P)元素含量状况进行研究.研究结果表明,马桑、坡柳和苦刺的根长、根表面积、干质量以及部分径级比根长(SRL)和比表面积(SSA)无显著差异,马桑0-2 mm根系的比根长显著高于 2 mm根系,表明其0-2 mm根的养分与水分吸收能力优于 2 mm的根;坡柳和苦刺0-1 mm根系的比根长均显著高于 1 mm根系,表明其0-1 mm根的养分与水分吸收能力显著高于 1 mm的根.苦刺根系的平均C、N、P含量显著高于马桑和坡柳,不同径级的N含量均显著高于马桑和坡柳,这与苦刺为豆科植物具有较强的固氮能力有关.根据N:P判断,苦刺根系受P的限制,马桑和坡柳根系受N的限制. 3种灌木的比根长和比表面积与元素含量基本不存在显著相关性,原因在于比根长和比表面积随径级变化的趋势与根系元素含量的变化趋势不同,造成两者相关性不显著.综上所述,干热河谷3种灌木的根系形态结构特征具有一定的相似性,但元素C、N、P含量以苦刺最高,该结果有助于了解当地植物对土壤养分的利用效率和适应生存策略.(图3表4参51)     

蜈蚣草-玉米套作模式对玉米砷胁迫的缓解效应

超富集植物与农作物套作修复重金属污染农田的效应尚需进一步探讨。作者课题组前期的研究结果表明蜈蚣草(Pteris vittata)-玉米(Zea mays)套作模式下玉米对砷的吸收显著减弱,为探明其生理作用机制,该研究采用土培试验,设置单作、限制性套作、开放性套作3种处理,及水培试验,设置玉米单作、蜈蚣草-玉米套作2个处理,探讨了套作模式对玉米生长、根际土壤As生物有效性、根系分泌有机酸及抗氧化酶活性等的影响。结果表明:限制性套作和开放性套作对玉米产量无显著影响,开放性套作下玉米总根长和总表面积显著降低16.25%和19.61%,而根系平均直径显著增加24.24%;玉米根际土壤有效态As含量分别显著降低9.1%和9.3%。与单作相比,套作模式下玉米根系的乙酸和草酸的分泌量分别显著增加844.68%和59.49%,且与根、茎、叶及籽粒As含量呈显著负相关;玉米SOD(Superoxide Dismutase)和CAT(Catalase)活性分别显著降低18.21%和44.67%,MDA(Malondialdehyde)含量显著降低21.51%。蜈蚣草-玉米套作模式改变了玉米根系形态,促进玉米根系有机酸的分泌,并显著降低了玉米根际土壤中As的生物有效性,缓解了As胁迫带来的活性氧损伤。该研究将为农田污染土壤的修复及作物安全生产提供技术指导。     

川西亚高山3个优势树种细根形态特征

林木细根(直径2 mm)拥有庞大而复杂的分枝系统,在森林生态系统养分循环过程中发挥重要作用,因此研究不同树种细根构型形态对树种地下生态位分离、共存和森林生态系统功能过程具有重要意义.选取川西亚高山3个优势树种——岷江冷杉(Abies faxoniana)、粗枝云杉(Picea asperate)和红桦(Butula albosinensis),采用挖掘法采集完整的细根根系,依据根序分级方法,测定细根形态参数(直径、根长、比根长和比表面积).结果表明:细根形态在不同根序间差异显著,3个树种细根直径、根长随根序的升高而升高,比根长和比表面积随序级的升高而降低.不同树种间细根形态也表现出极显著差异,岷江冷杉、粗枝云杉和红桦细直径变化范围分别为0.31-0.85 mm、0.29-0.65 mm和0.23-0.55 mm,两个针叶树种(岷江冷杉和粗枝云杉)直径与根长均大于红桦.红桦的比根长和比表面积则高于两个针叶树种.综上所述,低级别根吸收能力更强而构建消耗更低;红桦比岷江冷杉和粗枝云杉根系吸收能力更强.