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2017年  39卷  第6期

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林学
油松大孢子叶球发生发育的形态与解剖学观察
张敏, 张唯, 宫再欣, 郑彩霞
2017, 39(6): 1-12. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160411
摘要:
为了准确掌握油松大孢子叶球发生发育过程的外部形态特征及内部胚珠生长的解剖学特征,建立其外部形态和内部组织发育的对应关系,本研究采用形态观测和石蜡切片法,在2013—2016年对北京地区油松大孢子叶球,从花芽分化到种子成熟的过程进行了形态学和解剖学观察。结果显示:北京地区油松的花芽在第1年8月初分化,9月底大孢子叶球原基形成。原基在冬季休眠,至第2年春季继续发育。大孢子叶球在4月初从形态学上可辨,到4月10日左右,胚珠进行细胞分化,此时,大孢子叶球纵径约为5.0 mm。大孢子母细胞在4月20日左右形成,随后进行减数分裂形成功能大孢子。至5月10日左右,大孢子叶球接受小孢子叶球的传粉,随后,珠鳞的颜色由红转绿再逐渐变为棕色。同时,球果缓慢长大,其胚珠内的功能大孢子进行几次分裂,在6月初形成16~32个核的雌配子体,胚珠发育进入游离核分裂期。球果在冬季转入休眠,此时,大孢子叶球纵径约为11.0 mm。至第3年春季,胚珠内部的雌配子体继续发育,4月20日左右含有几千个游离核,此时,大孢子叶球纵径约为21.0 mm。雌配子体在4月30日左右进入细胞化时期,5月初颈卵器开始发育,形成卵细胞,此时,大孢子叶球生长至37.0 mm。待卵细胞在5月10日左右发育成熟时,雌配子体细胞化过程也全部结束。在雌配子体发育、球果长大的同时,珠鳞的颜色逐渐复绿。受精于5月20日左右进行,此时,大孢子叶球纵径约为45.0 mm。受精后,胚胎不断发育。球果在7月10日长约58.0 mm,之后略有萎缩,珠磷逐渐木质化成为种磷。至10月底,球果开裂,长约53.0 mm,种子成熟并弹出。北京地区油松的大孢子叶球从花芽分化、原基形成、胚珠分化、大孢子母细胞产生与分裂、传粉、雌配子体与颈卵器发育、卵细胞成熟、受精、胚胎发育至大孢子叶球成熟形成种子,历时2年2个月。本研究为裸子植物大孢子叶球发生发育的相关研究提供了形态学和解剖学依据。
胡杨PeAPY1和PeAPY2调控拟南芥耐盐机制研究
邓佳音, 张艳丽, 张一南, 赵瑞, 李金克, 周晓阳, 刘香芬, 陈少良
2017, 39(6): 13-21. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170034
摘要:
本文研究了胡杨apyrase基因(PeAPY1和PeAPY2)对植物耐盐性的影响。以PeAPY1和PeAPY2过表达拟南芥、拟南芥Atapy1和Atapy2突变体、野生型(WT)拟南芥及空载体(VC)为实验材料,研究盐胁迫条件下的植物根长、相对电导率、细胞活力、H2O2水平、eATP浓度、抗氧化酶活性的变化。研究结果显示:低盐浓度(50 mmol/L NaCl)对拟南芥各基因型的生长和生理生化指标没有显著影响;而高盐浓度(100 mmol/L NaCl)抑制了各株系的根长生长、细胞活力和抗氧化酶(超氧化物歧化酶/SOD、抗坏血酸过氧化酶/APX、过氧化氢酶/CAT)活性,却提高了相对电导率、H2O2水平和eATP浓度。但与Atapy突变体株系相比较,PeAPY过表达株系受高盐胁迫的影响较小。主要是由于PeAPY1/2的过表达提高了apyrase酶活,下调了eATP浓度及其诱发的活性氧水平,同时,过表达株系还通过保持抗氧化酶活性来抑制H2O2的水平,从而降低活性氧及其对膜脂的过氧化,保持了膜的稳定性、细胞活力和生长,最终提高了植物耐盐性。
水曲柳TCP4转录因子克隆及胁迫和激素下的表达分析
刘春浩, 梁楠松, 于磊, 赵兴堂, 刘颖, 孙爽, 王紫晴, 詹亚光
2017, 39(6): 22-31. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160359
摘要:
TCP转录因子家族是植物特异的一类调控生长发育和逆境胁迫的重要转录因子。本文揭示了水曲柳FmTCP4在非生物胁迫及激素信号诱导调控的表达特征,为该基因在水曲柳中调控生长发育以及逆境胁迫响应功能的研究奠定基础。通过前期研究克隆获得了水曲柳TCP4基因序列,并命名为FmTCP4,应用生物信息学软件对水曲柳FmTCP4基因的分子结构特征进行了分析,利用4 ℃低温、盐(NaCl)以及干旱(PEG6000)进行非生物胁迫处理,利用脱落酸(ABA)和赤霉素(GA3)进行激素信号诱导,分析FmTCP4基因的表达特征。生物信息学分析表明该基因全长1 251 bp,具有完整的开放阅读框,编码416个氨基酸。FmTCP4具有螺旋-环-螺旋结构,为亲水性的不稳定蛋白,不存在信号肽,具有跨膜能力,亚细胞定位预测存在于细胞核中,并在细胞质到细胞核的调控中起作用。同源序列比对结果表明,FmTCP4与芝麻、烟草等物种的同源蛋白序列相比具有很高的同源性。非生物胁迫处理后,FmTCP4的表达量随处理时间而改变,但其变化趋势不同,表明FmTCP4明显响应了这3种非生物胁迫。激素信号诱导结果表明,外源植物激素调控了FmTCP4基因的表达,基因表达量相对于对照组具有显著性差异。非生物胁迫和激素信号诱导下的基因表达分析表明,FmTCP4响应了寒冷、盐、干旱等非生物胁迫以及激素信号,说明其参与了植物的生长发育和逆境胁迫的平衡。
桂西南喀斯特山地木本植物群落种间关系及CCA排序
马丰丰, 潘高, 李锡泉, 韩云娟
2017, 39(6): 32-44. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160379
摘要:
基于桂西南喀斯特山地木本植物群落11个样方(20 m×20 m)取样调查,运用生态位理论、种间关系原理、双向指示种分析(TWINSPAN)和典范对应分析(CCA)方法,探讨主要木本植物间的种间联结性和相关性及其与环境因子之间的关系。结果表明:桂西南喀斯特山地木本植物群落中麻栎、枫香、蚬木占优势地位,罗伞树-鹅掌柴、九节-琴叶榕、澄广花-鱼骨木的生态位重叠度分别在3种木本植物群落中最大。麻栎次生林群落总体种间关系表现为不显著正关联,χ2检验统计显示正关联种对数有50对,负关联种对数有52对,无关联种对数有3对,正负关联比为0.96,检验显著率为6.67%。枫香次生林群落总体种间关系表现为不显著负关联,χ2检验统计显示正关联种对数有96对,负关联种对数有113对,无关联种对数有1对,正负关联比为0.85,检验显著率为8.10%。蚬木次生林群落总体种间关系表现为显著正关联,正关联种对数有19对,负关联种对数有17对,正负关联比为1.12,检验显著率为8.33%。CCA前瞻选择显示土壤pH值、全磷、坡向、土壤全钾、海拔是影响桂西南喀斯特山地木本植物群落物种组成与分布最重要的因子,总体上可以对76.95%的环境因子进行解释。物种间的正联结性越显著,其生态位重叠程度越高,反之,物种间的负联结性越显著,其生态位重叠程度则越低。
山西华北落叶松群落物种多样性
赵天梁
2017, 39(6): 45-50. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170067
摘要:
本文以华北落叶松群落为研究对象,在山西境内共调查了40个典型样地,应用数量生态学的相关计算方法对华北落叶松群落进行了TWINSPAN分类,依据不同的指示种将40个典型样地划分成为10个群丛。通过运用Patrick物种丰富度指数(R)、Simpson指数(D)、Shannon-Wiener指数(H′)和Pielou均匀度指数(E)分别研究了山西华北落叶松群落的物种多样性。由于群落H′指数受到R指数和E指数共同影响,因此H′指数含有较多群落组成结构、分布状况的信息,H′指数的结果表明:10个群丛物种的多样性指数顺序为群丛2>群丛1>群丛3>群丛9>群丛4>群丛5>群丛10>群丛6>群丛7>群丛8。10个群丛的物种多样性指数均较高,且存在较大差异,表明了山西华北落叶松群落的结构复杂,组织水平高,生长环境适宜。3个层片的多样性指数总体上呈现出草本层>灌木层>乔木层,说明草本层的物种最为丰富, 对于群落总体多样性的贡献最为突出。各多样性指数的方差分析结果表明, 10个群丛的指数R差异显著(P < 0.05),H′差异极显著(P < 0.01),而DE两者的差异性并不显著(P>0.05)。
密度调控对长白落叶松人工林土壤呼吸的影响
邵英男, 田松岩, 刘延坤, 陈瑶, 孙志虎
2017, 39(6): 51-59. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170029
摘要:
为探明密度调控对北温带森林土壤呼吸的影响机制,以长白落叶松人工林为研究对象,选择4种林分密度P1(300~350株/hm2)、P2(500~550株/hm2)、P3(600~650株/hm2)和P4(850~900株/hm2),使用LI-6400便携式土壤呼吸测定仪对其生长季(5—10月)土壤呼吸速率进行测定。结果表明:不同密度林分生长季土壤呼吸速率均呈现明显的季节动态,最高值均出现在8月末,最低值出现在10月中旬;不同密度林分生长季土壤呼吸速率及土壤累积CO2排放量均随林分密度增大而显著降低(P<0.05)。不同密度林分土壤呼吸与土壤温度之间均呈极显著的指数相关(P<0.001),但与土壤含水量之间相关关系不显著(P>0.05);双因素模型拟合效果更优,土壤温度和含水量共同解释了土壤呼吸速率的73.1%~81.0%。土壤呼吸温度敏感系数Q10值表现为:在300~350株/hm2时最低(2.41),500~550株/hm2最高(3.32)。生物因子随着林分密度的增大而显著增大(P<0.05),非生物因子均随林分密度增大而显著减小(P<0.05);生长季土壤累积CO2排放量与生物因子达到极显著负相关(P<0.001),与非生物因子均达到极显著正相关(P<0.001)。逐步线性回归分析表明,生长季凋落物量、土壤有机碳、微生物生物量碳含量和土壤全氮含量与土壤呼吸的关系最为密切。综上所述,不同密度林分之间土壤温度及含水量、生物及非生物因子的差异是导致土壤CO2排放产生差异的主要原因。在森林经营管理中,为减小森林土壤CO2的排放量,应将林分密度设置为850~900株/hm2
根系形态可塑性决定黄栌幼苗在瘠薄土壤中的适应对策
王艺霖, 周玫, 李苹, 孙广鹏, 史双龙, 徐程扬
2017, 39(6): 60-69. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170040
摘要:
形态可塑性与植物生长对策及资源利用能力紧密相联,是植物在特定环境下生存策略的重要表现。研究有限资源土壤中根系形态可塑性与植物生态对策的关系,对深入理解植物对环境的适应机制具有重要意义。本研究以黄栌1年生播种苗为研究材料,采用温室盆栽试验,设置5个不同梯度养分供给水平,对黄栌幼苗根系功能性状(比根长、比表面积、根组织密度、根细度、根尖密度、分枝密度等)和不同径级细根的功能性状(根长、根表面积、根体积、根尖数)进行分析,研究了不同养分供给环境中黄栌幼苗根系形态的可塑性变化。结果表明:不同养分供给处理对黄栌幼苗的比根长、比表面积、根尖数、分枝数、根尖密度、根平均直径、根组织密度和根细度均有极显著影响(P < 0.01);在纯沙环境中,黄栌幼苗与比根长、比表面积和根细度变化最为密切;在养分受限制较严重的环境中,黄栌幼苗主要通过改变根长、根表面积、根尖数和分枝数适应环境;养分受限制相对较轻和中等的环境中,幼苗与根尖密度、分枝密度、根平均直径和根体积变化关系最为密切;而在全土环境中,幼苗主要通过根组织密度变化适应环境。养分供给量受限制在一定程度上可刺激黄栌幼苗分化直径≤1.0 mm的细根、限制直径>1.0 mm根系发育;通过根系形态性状的可塑性反映,养分供给状况变化显著地改变了黄栌幼苗吸收利用养分的对策,从充足养分到养分受限制条件、到养分极度缺乏条件,黄栌幼苗对养分吸收利用的对策从强化就地利用能力,转变到就地吸收利用与扩大吸收范围并重、扩大吸收范围、提高储存与输导能力,最后转变到忍耐对策。
6种植物叶片的滞尘能力与其叶面结构的关系
张桐, 洪秀玲, 孙立炜, 刘玉军
2017, 39(6): 70-77. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170012
摘要:
为研究不同绿化树种在单位叶面积上对于不同粒径颗粒物的滞留能力及叶表颗粒物粒度分布特性,分析叶表微观结构与滞尘能力的关系,以期为绿化植物选择及降低社区颗粒物污染提供依据。本实验以北京林业大学校园内社区绿化树种为研究对象,定量测量了6个常见树种的单位叶表面滞尘能力,并利用Mastersizer 2000对叶表滞留颗粒物的粒度分布特征进行分析,采用扫描电镜分析比较了各树种叶表面微观结构。结果表明:对于不同树种,在单位叶面积上所滞留颗粒物的能力方面有较大差异,滞留量由大到小依次为:油松>金银忍冬>大叶黄杨>暴马丁香>洋白蜡>元宝枫,油松的滞留颗粒物能力为元宝枫的44倍。在叶表颗粒物滞留粒径的分布方面,颗粒物主要粒径分布在10~50 μm,按照平均粒径(D50)从小到大的顺序为:元宝枫<暴马丁香<大叶黄杨<洋白蜡<金银忍冬<油松。在比表面积大小方面,植物叶面滞留颗粒物从大到小的顺序为:元宝枫>暴马丁香>大叶黄杨>洋白蜡>油松>金银忍冬。植物叶表的滞尘能力与叶表气孔的数目及气孔是否开放无显著关系,而与植物叶表的气孔大小有关:对于气孔大的树种,滞尘能力相对较强。叶表微观性状对颗粒物滞留能力的影响排序为:分泌物>沟状组织>凹槽>褶皱>条状突起。依据不同绿化树种滞尘能力,提出树种选择建议,为科学合理的选择抗颗粒物污染树种提供基础。
枣核心种质表型性状多样性及裂果相关性
陈武, 孔德仓, 崔艳红, 曹明, 庞晓明, 李颖岳
2017, 39(6): 78-84. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170024
摘要:
为了明确枣核心种质的遗传多样性和变异特点,了解枣裂果性状与果实(核)性状的相关性,提高枣种质的利用效率,本研究对枣核心种质的果实、果核和裂果等相关的9个重要表型性状指标进行了测定和统计分析。结果显示:1)核心种质资源具有较丰富的表型变异,9个表型性状的变异系数均达20%以上,平均变异系数为39.00%;其Shannon-Wiener's多样性指数为1.49~1.93,平均多样性指数为1.77。2)相关性分析结果显示, 9个表型性状指标之间存在不同程度的相关性,多个果实(核)表型性状之间均存在显著相关性(正相关或负相关),果实横径与裂果率达到显著的正相关,果形指数与裂果指数之间达到显著的负相关。果核性状与裂果性状均无显著相关性,裂果率和裂果指数之间达到了极显著的正相关。3)利用主成分分析方法确定了4个主成分,累计贡献率可达94.79%,即这4个主成分保存了原始性状94.79%的遗传信息。9个表型中果实纵径、裂果指数、果核指数和果形指数是造成枣核心种质表型多样性的主要因素。
紫薇‘香雪云’香气成分时空动态变化研究
徐婉, 蔡明, 潘会堂, 张启翔
2017, 39(6): 85-95. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160289
摘要:
为了研究紫薇‘香雪云’香气成分的时空动态变化,本文利用顶空-固相微萃取结合气相色谱-质谱(HS-SPME-GC-MS)联用技术,分析‘香雪云’花朵挥发性成分在4个开花时期(半开期、盛开期、盛开末期、衰败期)和盛开期花朵的3个花器官部位(花瓣、雄蕊、雌蕊)中的释放规律。结果表明:1)从紫薇‘香雪云’花朵的4个开花时期中,共检测出80种挥发性成分,分别属于11个类别;倍半萜类、单萜类和苯类化合物是其中具有较高质量分数的化合物类别;α-法尼烯、松香芹酮和苯乙醇等是盛开期中具有较高质量分数的挥发性成分。2)在紫薇‘香雪云’的不同开花阶段,各挥发性成分的释放规律不同;共呈现出6种主要的挥发模式,即持续下降模式、先下降后上升模式、先下降后上升再下降模式、持续上升模式、先上升后下降模式和先上升后下降再上升模式。3)就花器官而言,花瓣中的苯类化合物和萜类化合物的质量分数均较高;雌蕊和雄蕊中则均以萜类化合物为主,但化合物种类及其质量分数也存在较大差异。研究结果为了解紫薇属植物的香气成分奠定了基础,为紫薇香花定向育种提供了依据。
林业工程
基于个体植物生长模型的森林动态演替模拟
程越, 林旻, 杨刚, 黄心渊
2017, 39(6): 906-106. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170016
摘要:
森林动态演替过程的计算模拟历来是森林生态学中的一个重要问题。不同于传统宏观式的模拟思路,本文提出了一种基于个体植物生长模型、自下而上的模拟方法。首先构建了参数化的个体植物生长模型,模型中考虑了植物内部属性、外部环境、邻域竞争3种对植物生长有影响的因素,综合模拟出植物在不同环境状况下的生长变化情况。在此基础上,对构成一片森林的大量植物个体进行遍历式、迭代化的计算,从而模拟出整片森林区域的生长演替现象。实验结果表明,本文方法可以模拟出植被在复杂外部环境影响下的动态变化效果,可表现出自然稀疏、物种竞争、物种演替等多种典型的植被演替现象。
基于间隙度的无人机林地航拍图像序列拼接方法
张一茗, 付慧
2017, 39(6): 107-115. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170020
摘要:
无人机林地航拍图像具有的分辨率高、数据量大、边缘丰富的特点,造成了特征点配准中误匹配率的增加,因此本文提出了一种新的无人机林地航拍图像序列拼接方法。分形中的间隙度可用于描述图像区域纹理的粗糙程度,本文首先利用间隙度特征选取图像中局部图像块作为候选区域查找特征点,减少了待配准的特征点数量,提高了特征点配准正确率;其次,采用全局拼接技术变换图像,减少传统拼接中矩阵连乘产生的误差的积累和传播。实验中选取了不同拍摄高度的两组图像序列,将本方法与传统的全局SURF特征方法和降采样图像拼接方法进行了对比,结果显示本方法可以有效拼接图像,同时不会损失原图像的精度信息,并从视觉效果和均方根误差两个角度证明了本文方法优于其他两种方法。
井干式木结构墙体产品物化环境影响评价
胡家航, 姬晓迪, 李凤龙, 郭明辉
2017, 39(6): 116-122. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160307
摘要:
基于生命周期评价法,根据工厂搜集的基础数据清单,采用GaBi6.0软件分析了1 m3井干式木结构墙体产品物化过程(从原材料开采到产品出厂的生命周期)的原材料消耗、能源消耗和环境负荷,并利用软件提供的CML2001评价方法和数据库评价了墙体产品生命周期范围内造成的环境影响。结果表明:1)生产1 m3墙体产品,全球变暖潜值、人体毒性、环境酸化、富营养化、光化学臭氧生成潜力和非生物资源耗竭的加权后结果(绝对值)依次为3.50×10-9、2.11×10-9、1.38×10-10、1.38×10-10、2.33×10-11、1.30×10-12,其中全球变暖潜值和人体毒性是墙体产品环境影响的主要类型,分别占环境影响总值的59.2%和35.7%;2)墙体产品从原材料获取到产品出厂可分为原材料获取、集成材制造、墙体制造和油漆与包装这4个阶段,4个阶段的环境影响结果(绝对值)分别为2.40×10-9、7.32×10-10、4.25×10-10、7.20×10-11,原材料获取阶段为环境影响的主要阶段;3)除去原材料获取阶段木材固定大量CO2对环境的积极影响,在环境污染方面,人体毒性占总环境影响的35.7%,占污染的绝大部分,人体毒性主要由原材料获取、集成材制造和墙体制造这3个阶段贡献,且主要由这3个阶段的木材加工粉尘和电能使用造成。
PAE-SA二元体系对混合废纸增强效果及机理探究
类延豪, 白媛媛, 姚春丽
2017, 39(6): 123-130. doi: 10.13332/j.1000-1522.20170079
摘要:
选用海藻酸钠(SA)作为废纸纤维增强助剂与聚酰胺多胺环氧氯丙烷(PAE)组成二元体系,研究PAE及PAE-SA二元体系对废纸的增强效果,发现PAE-SA二元体系对废纸增强效果显著,明显优于PAE,且可降低PAE的用量,起到环保作用。通过PAE、SA、PAE-SA二元体系的膜红外谱图分析,扫描电镜和原子力显微镜对废纸表面微观形态的观察,元素含量分析以及纸浆细小组分留着率的测定,探究PAE-SA二元体系的增强机理。结果表明:单独添加PAE时,0.8%PAE对废纸增强效果最佳,干强指数比空白增加17.11%,湿强指数比空白增加1 500.00%;添加0.8%PAE+0.4%SA时,干强指数、湿强指数相对于单加0.8%PAE依次增加26.65%、81.25%,且耐破度、撕裂度均有显著增强。通过机理探究发现:PAE与SA两者之间不发生反应,在协同作用过程中主要依靠静电吸附和膜包覆,通过增加纤维对PAE的吸附,增加PAE的自交联及与纤维的共交联,从而增加纤维对细小组分的吸附及纤维间的结合面积,进而增强废纸的性能。
背负式林果采摘机的人机工程学评价
邓享, 阚江明, 李文彬
2017, 39(6): 131-136. doi: 10.13332/j.1000-1522.20160329
摘要:
为了研究背负式林果采摘机的人机工程学特性, 通过林果采摘手臂疲劳实验, 建立了基于表面肌电信号的上肢肱二头肌疲劳评价模型, 并结合心率测试对比分析背负式林果采摘机和手持式采摘机的手臂疲劳特性。结果表明:操作背负式林果采摘机心率增加比小于手持式采摘机; 同时手臂疲劳程度也小于手持式采摘机。背负式林果采摘机较手持式采摘机更加省力, 能够有效地缓解肌肉疲劳。