生理生态学文献报告

1. 生理生态学文献报告 关事成 201017140193

2. 温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响 汪贵斌 郭旭琴 常丽 曹福亮 （南京林业大学森林资源与环境学院，南京210037） 应用生态学报 2013年11月 第24卷第11 期

3. 温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响 背景 摘要 材料&方法 结果&分析 讨论&结论

4. 研究背景： 黄酮类化合物是广泛分布于植物体内的次生代谢物，是现代医药、食品等工业的重要原料。黄酮类化合物属于多酚化合物，由 4000 多种芳香类化合物组成，其类型可分为花青素类、原花青素类、黄酮醇类和儿茶酚类。 黄酮类化合物能起到抗紫外线灼伤、抵抗病菌入侵、吸引昆虫授粉以及启动微生物与植物建立共生关系等作用。现代药理学研究表明，黄酮类化合物具有保肝、抗炎、抗菌、抗病毒、保护心血管等多种药理活性，是当前植物领域和医药领域中的研究热点。 本研究以银杏为试材，在人工气候室中采用土培试验方法，研究了土壤水分和温度交互效应对银杏叶黄酮类化合物积累及其组成的影响，结果对于揭示黄酮类化合物的积累与环境因子的关系，以及银杏叶用园管理措施的制定均具有理论和实践意义。

5. 银杏 黄酮类化合物 温度 土壤水分 关键词：

6. 摘要： 以2 年生银杏实生苗为试材，在人工气候室内采用土培盆栽试验方法，研究了温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响。试验设置土壤含水量(W)和温度(T) 各3 个梯度，W1、W2、W3分别为田间持水量的55% ~60%、40% ~45%、30% ~35%；T1、T2、T3白天和夜间的温度分别为15/5℃、25/15 ℃、35/25 ℃。结果表明: T1温度条件下，各土壤水分处理的银杏叶中的槲皮素、山奈酚、异鼠李素和总黄酮含量普遍高于T2和T3，而土壤水分对银杏叶中各种黄酮类化合物积累的影响不显著；银杏叶中黄酮类化合物以山奈酚含量最高，其次为槲皮素和异鼠李素；T3温度下银杏单株总黄酮产量普遍高于T2 和T1。在收获前适当采取土壤覆盖和灌水等措施降低种植园的温度，有利于提高银杏叶中黄酮的含量，增加单位面积黄酮的产量。

7. 材料与方法 实验材料： 以 2 年 生 银 杏 实 生 苗 为 试 材，品 种 为 大 马 铃（ Ginkgo biloba cv.Damaling）。所选的幼苗规格基本一致，平均苗高33 cm，地径 6.75 mm。苗木于 2011年 2 月中旬栽植。 盆规格为 12 cm~15 cm，每盆装基质 2 .5 kg( 干质量)，栽植 3 株幼苗。盆栽基质由沙壤土、黄沙、草炭土按 2：1：1 比例均匀混合而成。基础养分为有机质( 重铬酸钾容量法) 5% ，水解氮(碱解扩散法) 为121mg·kg-1，有效磷( P2O5) ( 0.5mol·L-1NaHCO3法)为27mg·kg-1，速效钾( K2O)( NH4Ac 浸提法) 为 11 .7 mg ·kg-1，田间持水量为21% ，pH 为 6 .7 。

8. 材料与方法 实验设计 采用全面试验设计，试验设土壤水分和温度2个因素，每个因素设3 个水平，总计3*3=9 个处理，每个处理3 次重复。 土壤水分设3 个水分梯度，土壤含水量分别为田间持水量的55% ~60%、40% ~45% 和30% ~35%，分别由W1、W2、W3表示。温度设3 个梯度，分别为15/5 ℃(白天/ 夜晚)、25/15 ℃ 、35/25 ℃，由T1、T2、T3表示。

9. 实验设计： 苗木于2011 年2 月栽植入盆，置于室外进行正常管理； 2011 年6 月中旬移至人工气候室，适应生长2 周；7月1日开始进行土壤水分和温度处理。 采用称重法控制土壤含水量，每隔1 d 的18:00 补浇土壤蒸发和植物蒸腾损失的水分。待土壤水分与温室温度达到设定标准后开始采样(7 月14 日)，以后每隔10 d 采样1 次，每个处理共取混合样5 次。叶样取自苗木当年生新梢中上部3 ~ 8 片完全展开叶片，置60 ℃干燥箱烘至恒量，研磨过40 目筛，备用。

10. 黄酮测定方法 1 对照品溶液的制备 2 色谱条件与系统适用性试验 3 供试品溶液的制备 4 测定 总黄酮含量= (槲皮素含量+山萘酚含量+异鼠李素含量)*2. 51 单株黄酮产量=单株叶片质量*总黄酮含量

11. 数据处理 采用Sigmaplot V11.0 进行统计分析。采用方差分析方法估算处理的差异显著性(α=0.05)，并采用Duncan 新复极差测验方法进行多重比较分析。试验结果均为平均值依标准差。

12. SigmaPlot：使用SigmaPlot画出精密的图型是件极容易的事，目前巳有超过十万的使用者，特别设计给科学家使用。本软件允许您自行建立任何所需的图型，您可插入多条水平或垂直轴，指定Error bar的方向，让您的图更光彩耀眼，只要用SigmaPlot将图制作完成即可动态连结给其它软件展示使用，并可输出成EPS、TIFF、JPEG等图形格式，或置放于您的网站上以供浏览。非常适合网站动态显示图形使用之场所如长时间纪录之气象，温度等等场合。

13. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中槲皮素含量的影响 在W1、W2和W3土壤水分条件下，随着温度的升高，各处理阶段叶中槲皮素的含量均表现出下 降的趋势，表明在同一土壤水分条件下，低温有利于 叶中槲皮素的积累。 在T1、T2和T3 温度条件下，大多数处理均以W3土壤水分条件下叶中槲皮素含量较高，表明同一温度条件下，土壤水分含量越少，越有利于叶中槲皮素含量的积累。 在同一处理的不同处理时间,叶中槲皮素含量的差异达到极显著水平(表2)；不同处理的叶中槲皮素含量最高值出现的时间也有一定的差异。说明大多数处理的叶中槲皮素含量最高值出现在处理的中后期(30 ~40 d).

14. 结果与分析

15. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中山奈酚含量的影响 方差分析表明,在同一处理不同处理时间，银杏叶中的山奈酚含量差异均达到极显著水平。随着处理时间的延长,银杏叶中山奈酚含量的变化规律不一致，总体趋势为处理后20 ~ 40 d 的山奈酚含量较高。

16. 结果与分析

17. 结果与分析 温度和水分对银杏叶异鼠李素含量的影响 方差分析表明，不同处理银杏叶中异鼠李素含量间的差异达到极显著水平；相同处理不同生长时间银杏叶中的异鼠李素含量差异也达到极显著水平。

18. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中异鼠李素含量的影响

19. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中总黄酮含量的影响 在处理后10 ~30 d，银杏叶中总黄酮含量均以W2T1处理最高； 而处理后40 ~ 50 d 以处理W3 T1含量最高(表5)。 在同一水分处理下,随着温度的升高,银杏叶中总黄酮含量逐渐降低，表明低温有利于总黄酮含量的积累. 同一处理条件下,随着处理时间的延长,银杏叶中黄酮含量总体表现为处理初期较低、中期最高、后期又降低的变化趋势,表明处理时间与黄酮含量之间存在着一定的联系. 方差分析表明,同一处理不同处理时间的银杏叶中总黄酮含量差异达到极显著水平.

20. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中总黄酮含量的影响

21. 结果与分析 温度和水分对银杏叶中总黄酮产量的影响 由表6 可以看出： 处理后10、30 和40 d，银杏单株总黄酮产量以W1 T3 处理最高；而在处理后20 和50 d 以W1T1处理最高。 总体上，在T3温度条件下，同一水分处理单株总黄酮产量普遍高于T1和T2处理。 随着处理时间的延长，银杏单株总黄酮产量呈先升高后降低的趋势，处理初期和处理后期的单株总黄酮产量普遍较低，处理中期单株总黄酮产量普遍较高。 方差分析表明,不同处理间银杏单株总黄酮产量差异达到极显著水平,不同处理时间各处理的银杏叶单株总黄酮产量差异也达到极显著水平。

22. 讨论 1 本研究结果表明，低温有利于槲皮素、山奈酚和异鼠李素等黄酮类化合物在银杏叶中的积累，表现为T1温度条件下银杏叶中的槲皮素、山奈酚、异鼠李素和总黄酮含量显著高于T2和T3 处理，但土壤水分对银杏叶中黄酮类化合物积累的影响并不显著。较低的温度有利于黄酮类化合物的积累，主要原因是低温有利于糖类的积累，同时促进了黄酮类成分合成途径中相关酶活性的大幅度增加。 2 植物在长期进化过程中逐渐形成了一些适应环境的生理生态功能，其中包括产生各种类型的次生代谢产物。黄酮类化合物是植物中重要的次生代谢产物，具有抵御恶劣生态条件以及动物和微生物等攻击的功能。本研究中，低温和较低的土壤含水量促进了银杏叶中黄酮类化合物的积累，进一步说明黄酮类化合物具有抵御外界不良环境的能力。

23. 本研究表明，低温(T1 )条件下银杏叶的黄酮类化合物含量高于高温(T2、T3 )，但是在高温条件下(T3)，尤其是水分条件较好的W1 处理中，银杏单株总黄酮产量比T2 和T1 处理高。 这说明在低温条件下，虽然银杏叶片总黄酮含量高，但是低温使银杏的温度和土壤水分对银杏叶黄酮类化合物积累的影响。生长减缓，叶片干质量减少；而较高的温度有利于银杏叶生物量的增加，导致单株黄酮产量增加。 因此，在银杏叶用园中，为获取银杏最大单株总黄酮产量，在银杏生长达到最大叶片生物量时，采取适当措施降低种植园的温度，有利于提高银杏叶中黄酮的含量，从而增加单位面积黄酮的产量。

24. Effects of drought and elevated temperature on biochemical composition of forage plants and their impact on carbon storage in grassland soil 干旱和高温对植物的生化组成及其对草地土壤碳储量的影响 Muhammad Sanaullah·Abad Chabbi·Cyril Girardin·Jean-Louis Durand·Magalie Poirier·Cornelia Rumpel Plant Soil DOI 10.1007/s11104-013-1890-y Received: 25 March 2013 / Accepted: 23 August 2013 # Springer Science+Business Media Dordrecht 2013

25. Abstract Aims： 本研究的目的是探讨未来的气候变暖和干旱对（1）牧草植物地上部分生物量的生化成分（高羊茅和鸭茅），（2）土壤中这种材料在的矿化潜力，及（3）对原生土壤有机质的启动效应的影响。 Methods： Results： Conclusion：

26. Keywords 干旱 温度升高 植物生化组成 VSC木质素 非纤维素糖 启动效应

27. Introduction(background) Due to increased fossil fuel consumption and deforestation，atmospheric concentrations of carbon dioxide (CO2) and other greenhouse gases are increasing. This results in climatic changes，such as increasing global temperatures as well as infrequency of rainfall events and occurrence of drought periods. Climatic changes like temperature increase and water deficiency may alter organic matter decomposition in soil, but also the quantity and quality of plant litter input. Additionally, we hypothesized that the altered plant material could also modify priming effects.

28. Materials and methods 材料： Festuca arundinacea (高羊茅) Dactylis glomerata（鸭茅） 区域类型及土壤采样、土壤特点：： Soil type at the site is Cambisol with a loamy texture. （雏形土壤质）无CaCO3。pH 6.4, organic C 1.4 %, nitrogen (Nt) 0.16 % with silty soil texture (sand 11 %, clay 17 %, silt 72 %). Soil samples were taken from 0 to 20 cm and air-dried. （土壤样品取自0〜20 ​​厘米，并空气干燥。） 实验地点位于法国 Lusignan（4°25′12~91″N，0°07′29~35″E）。气候属温带，年平均气温10.5℃及年降水量约为800mm。

29. Materials and methods 实验设计和植物生物量的采样 实验设计包括了8个重复，其中每个物种生长于3m2的致密草皮区 Grassland swards were sown by hand on 10th of June 2008 1.First cut：In the next year, the swards were cut on 5th of May 2009 to 5 cm stubble height. This first cut was not considered in the present study. 2.Second cut：The following regrowth lasted until 6th July when a second cut was made and harvested biomass was sampled. These samples are referred to in the following as ‘spring regrowth’. These samples were considered to be plants grown under well-watered conditions.（“春季再生”）

30. Materials and methods 3. On 6th July, an infrared heating system using infrared sensors was installed on one half of the plots（一半）and used to continuously increase the temperature during 20 days (07th of July 2009 to 27th of July 2009) by +3 ℃. 4.The third cut: was made on the 19th August, following a period of severe water deficit. The samples from this cut are referred to as ‘summer regrowth’ with two treatments (regular and heated).（“夏季再生”） This summer regrowth was considered as drought treatment and compared with spring regrowth considered as well-watered treatment. 5.The harvested plant leaf material was dried at 40 ℃ and ground before elemental and chemical analysis.

31. Materials and methods 土壤水分含量的测定（Neutron probe access tubes） Hvmin 最小含水量 Hv 土壤含水量（current当前） Hvfc 田间持水量 RSWC土壤相对含水量(Relative soil water contents)

32. Materials and methods 元素和同位素分析（CHN auto-analyser） （R means for 13C/12C） 碱性氧化铜氧化法测定木质素 氧化铜氧化产生一组单环酚类化合物（V-香草基，S-紫丁香基和Cp-香豆基）与他们的醛，酮和酸侧链。酸/醛的比率（Ad/Al）被用来计算木质素单体V和S的比，所有单元的总和（V + S + C）被认为是样品的总VSC木质素含量。 中性非纤维素碳水化合物

33. Materials and methods 培育实验（Incubation experiments） 含20 g鲜土100 mL三角瓶，加入33.4g植物凋落物（土壤碳含量增加5%），20℃，pF值2.5（湿度），培育40天。 对照：同等条件下，土壤低温灰化处理（除去有机质）。将所有三种处理（春季再生，夏季再生和加热处理）的植物材料，矿化氮（85.76mgNH4NO3）和菌剂接入到无SOM的土壤中，在上述的条件下培育。 ……

34. Materials and methods 碳矿化和启动效应（C积累） XPE=（XFS−XCFS）−（ XCS–XCCS） 用在每个烧瓶的顶部空间装有热传导式探测器的微型气相色谱仪（μGC-TCD）测定碳矿化在第1，2，3，4，7，9，11，14，19，29天的CO2浓度。 其中，X是每kg干土中累积的CO2 -C的mg数 XPE是由于启动效应累积的CO2 -C， XFS是含植物材料的新鲜土壤培养累积的CO2 -C， XCFS是没有植物材料的新鲜土壤培养累积的CO2-C， XCS是含植物材料、不含有机质土壤培养累积的CO2-C， XCCS是不含植物材料、不含有机质土壤培养累积的CO2-C。

35. Materials and methods 统计分析（SIGMA PLOT 11.0）（双向方差分析及显著性检验） 式中，Ct是微生物介导碳矿化速率（累积C-CO 2毫克/千克干土），Ca活跃碳库的大小，和Ka是分解速率常数。“t”代表时间以天为单位。调整后的单指数上升到最高值的模型的R 2总是> 0.98。

36. Results 1.不同处理对草地温度和土壤水分有效性的影响 1.1两种材料的“春季再生”与“夏季再生”处理的平均冠层温度差异较小（小于1℃） 1.2土壤相对含水量差异（70% down to 5%） Rswc: (“春季再生”过程，Rswc均接近0.5,而“夏季再生”，分别接近0.18和0.14) 1.3“夏季再生”加热处理的叶子温度较高，与平均值差异约3.5℃，与红外温度计指示值类似。

37. Results

38. Results thermal

39. Results 2.植物元素和稳定同位素组成 2.1 在不同处理下，鸭茅与高羊茅相比，均有较高的N浓度，而C浓度基本类似，因此高羊茅的C/N比相对较高。 2.2 N增幅比C增幅显著高出，导致生物质C/N比显著降低。 2.3 δ13C值：“春季再生”类似。而“夏季再生”处理，13C浓度明显较“春季再生”升高。（物种之间比较，加热与常规比较，结果基本一致，无影响。） PS：δ13C=[Rsample/Rstandard-1]*1000（R means for 13C/12C）

40. Results

41. Results 3.木质素标记和中性非纤维素碳水化合物 3.1 “春季再生”：高羊茅中VSC木质素含量明显高于鸭茅，非纤维素糖含量基本类似。 3.2 “夏季再生”：与之前相比，鸭茅木质素含量继续降低，高羊茅各项含量均无明显差异。两类植物的木质素/N比，均有显著下降。 3.3 夏季加热条件下，高羊茅的VSC木质素含量有显著降低。鸭茅的非纤维素糖含量有显著升高。 Non-cellulosic sugar contents were increased following heating for D. glomerata foliage, which also showed significantly increased lignin content.？？？

42. Results

43. Results 4.碳矿化 4.1 用土壤培育时，各植物的各个处理的C矿化（CO2-C积累）均显示单指数上升至最大的动力学趋势。 4.2 鸭茅的“春季生长”处理，活跃碳库（399±20）显著高于高羊茅（331±20），但分解速率常数高羊茅更高。 4.3 鸭茅“夏季”活跃碳库虽降低，但依旧和高羊茅保持在类似水平上。 4.4 从春季到夏季，两种植物的分解速率常数均有升高。 4.5 两个物种的“夏季处理”经温度升高处理，C库均会有轻微的升高。

44. Results

45. Results 4.碳矿化 4.6 两个草原植物种的叶片材料添加在不同处理的土壤，造成的原生土壤有机质启动效应由方程3计算。 XPE=（XFS−XCFS）−（ XCS–XCCS） 4.7 数据统计分析表明在各种处理中，种类、春季再生、夏季再生、加热等各条件下存在显著差异。 4.8 在初期，夏季启动效应积累的C含量明显更高。 4.9 土壤中增加的叶子长达13天的培育引起正启动效应，对14天后启动效应开始变为负值并导致了累积CO2的下降，除了高羊茅的春季生长，基本保持相对不变直到结束，表明了启动效应的恒定性。

46. Results

47. Results

48. Discussion 1.气候变化导致叶子元素和同位素组成改变 1.1 我们观察到在“春天再生”和“夏天再生”的两个植物物种的元素和同位素组成都发生显著的变化。特别是δ13C在夏季明显比春季高1‰，表明了干燥土壤情况下植物同化13C的一个更低的辨别力。而δ13C被广泛接受为植物水利用效率的指示剂。可以理解为夏季干旱时的气孔关闭。 1.2 多年生植物在不同气候条件下，两个生长期成分的不同可能是由于季节性的差异。考虑到平均冠层温度差异较小，而水分差异非常显著，我们可以放心的假设两种多年生植物的观察到的差异主要是由于不同生长期的可利用水量。因此相对于春季，夏季被视为干旱处理。 1.3 干旱处理和加热对植物元素和同位素组成基本无影响。而夏季干旱相对于春季充足水的条件下N含量明显升高。

49. Discussion 1.气候变化导致叶子元素和同位素组成改变 1.4 实验中用到的干旱胁迫植物的特点：减少生物量生产并可能避免土壤中“夏季生长”可利用的高水平的矿化氮。夏季土壤水含量降低还不能强到阻碍吸收，因而导致干旱情况下C/N比降低。夏季生长的低C/N比，可以被表示为干旱胁迫下的各种植物可以导致土壤中植物的高分解率。

50. Discussion 2.在干旱和加热时，植物生化成分的变化 2.1 干旱胁迫对两个草原物种的元素和同位素组成有显著影响，并且在一定程度上也影响他们的木质素标记，但非纤维素碳水化合物含量并没有受到影响。干旱对凋落物的可分解性的影响，可能通过降低木质素/N比来得到增强，这被认为是这两个草原物种分解的主要控制因素。 2.2 升温处理会诱导VSC木质素的降低，这可能是由于植物生长在高温处理下的一个刺激，因为木质素往往与高生长的草相关。木质素降低对高温的响应与很多文献报道一致。 2.3 干旱胁迫下鸭茅的非纤维素糖会升高，较高温度下，非纤维素糖积累可能会导致光合作用速率超过生长速率。