植物学

丛枝菌根通过调节碳磷代谢相关基因的表达增强植物对低磷胁迫的适应性

徐丽娇，姜雪莲，郝志鹏，等

摘要：目的：丛枝菌根（arbuscular mycorrhiza，AM）真菌是一类广泛存在于自然和农业生态系统中的土壤真菌，能够和绝大多数陆地植物形成共生体系。AM真菌在宿主植物根系皮层细胞内形成丛枝结构，在根外则形成庞大的菌丝网络，能够有效促进植物对养分和水分的吸收，增强植物对养分缺乏和干旱胁迫的适应能力。AM 真菌不仅直接调节宿主植物对低磷胁迫的响应，还可能通过菌根分泌物间接影响相邻植物。本研究的目的在于揭示AM共生体系调节植物响应低磷胁迫的机制。方法：本研究采用分室培养系统，以玉米（Zea mays “B73”）和AM真菌Rhizophagus irregularis DAOM197198为试验材料，考察低磷（10 mg·kg-1）和高磷（100 mg·kg-1）条件下菌根共生体系对植物生长、磷营养及碳磷代谢相关基因表达的影响。分室培养系统由0.45 μm微孔滤膜分隔成供体室、缓冲室和受体室3个分室，以供体室菌根化玉米为AM分泌物来源，通过微孔滤膜免除菌根真菌对未接种受体植物的直接影响，但允许 AM 分泌物在分室间扩散。采用实时荧光定量PCR技术分析玉米以及AM真菌自身碳磷代谢相关基因的表达情况。结果：低磷条件下接种AM真菌显著提高了供体植物干重和磷浓度，上调了玉米碳磷代谢相关功能基因，包括磷转运蛋白基因Pht1，2和Pht1，6、磷烯醇类羧化酶基因PEPC、无机焦磷酸酶基因TC289、甘油三磷酸转运蛋白基因G3PT和苹果酸合酶基因MAS1的表达。AM真菌磷转运蛋白基因GiPT和碳代谢相关基因，包括乙酰葡糖胺转运蛋白基因NGT1、乙酰葡糖胺激酶基因HXK1b、乙酰葡糖胺磷酸变位酶基因AGM1、UDP乙酰葡糖胺焦磷酸化酶基因UAP1、几丁质合酶基因CHS1、乙酰葡糖胺6磷酸脱乙酰酶基因DAC1和葡萄糖胺6磷酸异构酶基因NAG1，在低磷条件下的表达水平显著高于高磷水平。对于受体植物而言，仅高磷处理显著提高了玉米植株干重和磷含量，而供体室接种处理显著上调了受体植物磷转运蛋白基因Pht1，2、Pht1，6和碳代谢相关基因G3PT、PEPC、TC289和MAS1的表达水平。结论：在磷营养胁迫下，AM真菌能够通过对植物和自身碳磷代谢基因的调控，促进共生体系的建成，进而直接参与和调控宿主植物的磷营养。在AM真菌完全不接触邻体植物的情况下，AM分泌物也可能通过空间扩散作用调控植物基因表达，帮助植物抵御低磷胁迫。

来源出版物：植物生态学报, 2017, 41(8)： 815-825

入选年份：2017

山西芦芽山14种常见灌木生物量模型及生物量分配

罗永开，方精云，胡会峰

摘要：目的：生物量是植物光合作用的产物，生物量分配是植物生活史研究的重要内容。灌木物种已经形成了自己独有的生物量分配方式，不论是在根、茎、叶各个器官之间生物量的分配还是地上、地下间的分配。生物量模型是估算生物量的最佳方式之一。本研究旨在对山西芦芽山 14种灌木建立各个器官（根、茎、叶）、地上以及总体生物量的最优生物量模型，从而进一步探讨4种生物量分配指数（根生物量比例、茎生物量比例、叶生物量比例以及根冠比）的变化规律。方法：采用野外调查的方式对山西芦芽山14种常见灌木展开调查，每种调查30株。测量每株灌木的基径、树高和冠径，整株挖出，分解为根、茎、叶3部分，带回实验室，烘干称质量。使用基径、树高、冠径以及3种变量的组合作为自变量对各部分生物量进行拟合，挑选出最优拟合方程。另外，使用各器官的生物量与总生物量的比值以及地上生物量与地下生物量的比值为指标，探讨其在环境梯度上的变化规律以及不同类型灌木之间的差异。结果：通过对生物量方程的建立，可以看出，（1）幂函数和线性函数都能较好的拟合灌木各个部分的生物量并且达到了较高的R2值。（2）对于生长低矮、分枝数多的灌木种采用冠幅面积这一变量对生物量的拟合效果较好；生长直立、分枝数少的灌木种采用总基径平方与茎干高度的乘积这一变量对生物量的拟合效果较好；生长形态介于两者之间的灌木采用冠幅体积拟合效果较好。生物量分配特征的结果可以看出，（1）14种灌木的平均根冠比是0.61，叶质比0.17，茎质比0.48，根质比0.35。（2）根生物量比例、茎生物量比例、叶生物量比例以及根冠比在环境梯度上没有显著变化规律；带刺灌木种除叶质比显著大于不带刺灌木种外，茎质比、根质比和根冠比都显著小于不带刺灌木种。结论：植物的生物量分配特征是植物适应外界环境的重要策略之一，生物量方程是估算生物量的重要方式之一。通过本研究发现，灌木的生物量模型与灌木的生长形态有关，不同的生长形态灌木的生物量适合用不同的变量来拟合。另外，带刺与不带刺灌木的生物量特征表现出了显著差异，在环境梯度上却并没有显著的变化特征。这表明芦芽山常见灌木的生物量分配更多地与物种本身有关，而环境因素对其影响较小。

来源出版物：植物生态学报, 2017, 41(1)： 115-125

入选年份：2017

亚高山草甸植物群落物种多样性与群落C、N、P生态化学计量的关系

陈军强，尚占环，张蕊，等

摘要：目的：生态化学计量学是研究生态系统能量和多重化学元素（主要是C、N、P）平衡，以及元素平衡对生态耦合作用影响的科学。近年来，对青藏高原草地植物群落冠层叶片的化学计量与气候因素关系和青藏高原高寒草甸不同功能群及高寒嵩草草甸植物群落生态化学计量特征进行了研究，但尚未从生态化学计量学角度对植物群落物种多样性进行研究。研究中国青藏高原气候区高山草地的C、N、P元素化学计量特征，有助于认识该地区高山草地的养分限制状况和适应策略，也有助于更加深入地理解具体地点不同养分元素的限制作用对地上植物群落的影响。该研究旨在探讨青藏高原气候区（祁连山东部）亚高山草甸植物群落物种多样性与群落C、N、P生态化学计量的关系。方法：采用野外采样和室内分析相结合的方法，研究亚高山草甸不同生产力水平下植物群落物种多样性与群落C、N、P生态化学计量的关系。于2012年当地植物生长旺季（8月初）进行野外采集，分别在选取的高产和低产样地内设置2个面积为8 m×8 m的样方。利用网格样方法将样方分割成64个1 m×1 m的小样方，以每个小样方为单位分别统计其植物种数、地上生物量，其中地上生物量的测定采用将植物齐地面剪取的方法。调查后，收集地上部分装入纸袋并编号，然后带回实验室测定干物质质量和分析全C、全N、全P含量（%干质量）。本次试验在两个样地4个样方中共取得植物样品256份。养分测定时，全C采用干物质减粗灰分法测定，全N和全P采用凯氏定氮法和钼黄比色法测定。结果：高产样地植物群落C、N、P含量的平均值分别为53.05%、1.99%、0.22%；而低产样地植物群落C、N、P含量的平均值分别为52.51%、2.28%、0.19%。高产和低产样地植物群落 C、N、P元素含量均呈现显著差异。高产样地上植物群落的物种数与N含量和 N∶P呈显著正相关关系，与 C∶N呈显著负相关关系，但与C、P含量和C∶P无明显相关关系；低产样地上植物群落的物种数与N、P含量呈极显著负相关关系，与C∶N和C∶P呈显著正相关关系，但与C含量和N∶P无明显相关关系。结论：高产和低产样地植物群落 C（53%左右）含量都相对稳定，低产样地植物群落的 N含量（2.28%）显著高于高产样地植物群落的N含量（1.99%），而高产样地植物群落的P含量（0.22%）显著高于低产样地植物群落的 P含量（0.19%）。高产草地和低产草地植物群落物种多样性与养分元素化学计量特征显示出一定的分异性，高产样地上植物群落的物种数主要受N含量的限制，与N含量呈正相关关系，也与 N∶P呈显著的正相关关系；低产样地上植物群落的物种数则受 N、P含量共同限制，与N、P含量呈负相关关系。

来源出版物：植物生态学报, 2013, 37(11)： 979-987

入选年份：2017

氮肥添加对青藏高原高寒草甸6个群落优势种生态化学计量学特征的影响

宾振钧，王静静，张文鹏，等

摘要：目的：近年来，由于过度放牧等原因，青藏高原高寒草甸面临着植被覆盖率逐年下降和草场严重退化等一系列问题。为了提高草地生产力，当地牧民每年都要施入大量的肥料。该区植物生长受土壤中N的限制，添加N后提高了植物群落的生产力，降低了植物群落物种多样性，因此探索限制元素的添加对自然群落优势物种生态化学计量学特征的影响非常重要。但是，关于氮肥添加对群落优势种叶片碳（C）、氮（N）、磷（P）元素含量的变化以及生态化学计量学特征影响方面的研究尚未见报道。该研究旨在探讨氮肥添加对青藏高原高寒草地6个优势物种C∶N∶P化学计量比及其与物种之间的内在联系。方法：实验地位于禁牧区，四周用围栏保护以防止牛羊的踩踏和取食。2012年5月初，在典型天然草地选取一块地势较平坦、质地较均匀的样地。设置 4个施肥梯度：N0（0 g·m-2）、N1（20 g·m-2）、N2 （40 g·m-2）、N3 （60 g·m-2）。每一处理 6个重复，共计24个样方，完全随机排列。2012年8月下旬，采集每个样方内草玉梅（Anemone rivularis）、甘肃马先蒿（Pedicularis kansuensis）、莓叶委陵菜（Potentilla ragarioides）、黄花棘豆（Oxytropis ochrocephala）、垂穗披碱草（Elymus nutans）和嵩草（Kobresia myosuroides）6个物种的叶片装袋，70℃烘干至恒量，测定植物叶片的C、N、P含量。结果：自然条件下，6个物种叶片N、P质量浓度存在显著的差异，表现为：黄花棘豆最高，为24.5和2.51 g·kg-1；其余5个物种叶片N、P质量浓度分别为 11.5～18.1 g·kg-1和 1.49～1.72 g·kg-1，嵩草叶片N含量最低，垂穗披碱草叶片P含量最低。随氮素添加量的增大，其他5种植物叶片N含量显著增加，黄花棘豆叶片N含量保持不变。结论：青藏高原高寒草甸群落优势种，豆科植物黄花棘豆叶片全N含量低于中国其他草地豆科植物，P含量高于中国其他草地豆科植物；其他5个优势物种叶片N、P含量都低于中国其他草地非豆科植物，说明该区豆科植物生长主要是受N元素的限制，而非豆科植物的生长受N、P两种元素的限制；未添加N肥时，6个物种N∶P在7.3～11.2之间，与中国其他地区草地植物叶片N∶P相比，植物叶片的N∶P都很低，说明该地区植物生长更受N元素的限制。N肥添加既未改变6个植物叶片的C和P含量，也未改变黄花棘豆叶片N含量，说明豆科植物黄花棘豆叶片N含量对N元素添加不敏感，其他5个物种叶片N含量随着N添加量的增加而增加，随着N添加量的增加，植物生长受P元素限制。

来源出版物：植物生态学报, 2014, 38(3)： 231-237

入选年份：2017