克隆植物修复退化生态系统的机制

退化生态系统在结构和空间格局上往往呈现生境异质性,利用克隆植物在异质性生境中表现出的特有的适应对策进行退化生态系统的恢复研究具有重要的生态学意义。本文综述了克隆植物的觅食规律和形态可塑性反应、克隆整合的影响机制及有性和克隆繁殖的权衡关系问题。联系克隆植物生态学和恢复生态学的交叉领域,提出了未来需要重点发展的研究方向。     

克隆植物野牛草对异质营养的表型可塑性响应

本实验以匍匐茎型克隆植物野牛草为材料,通过测定其在同质营养和3个斑块尺度的异质营养条件下生长指标、形态指标和叶绿素荧光参数的变化,研究野牛草对异质营养的表型可塑性反应。野牛草在尺度为25 cm×25 cm异质营养条件下会产生更多的分株、丛和分枝,积累更多的生物量,具有较高的F_v/F_m和Φ_PSⅡ,生长状况要好于其他营养条件,但根系长度和间隔子长度并没有明显的变化。结果表明,生理整合调控了野牛草的表型可塑性,提高了母株的叶绿素荧光特性,增加了克隆分株对养分的吸收、利用能力,使野牛草在异质营养条件下的生长状况好于同质营养条件,特别是在尺度为25 cm×25 cm的异质营养条件下效果更为明显。     

高寒草甸土壤有机碳和全氮变化对牧压梯度的响应

针对高寒草甸土壤碳氮变化对牧压梯度的响应,以青海海北高寒草甸为研究对象,监测分析了禁牧(对照,CK)、轻牧、中牧、重牧试验地土壤有机碳密度、土壤全氮密度的变化特征。结果表明:SOCD和STND均与牧压梯度呈"V"形二次曲线关系(P0.05),说明禁牧可增加SOCD和STND,但放牧强度约高于7.5只羊·hm-2时存在由低向高的一个阈值转折点。同一放牧梯度上0~40cm的SOCD均表现出5月最低,升至7月后,CK、LG到9月持续升高,而MG、HG有所下降,而STND自5月到9月表现为"И"型波动变化规律。随着土层深度加深SOCD和STND下降明显。不论是季节变化还是垂直变化,SOCD和STND相互间均呈显著的正相关关系(P0.05)。C/N随生长季延长逐渐增加,随土层深度的加深而降低,放牧梯度并未改变土壤C/N的变化趋势。     

结缕草克隆生长对生境资源梯度水平和次序的响应

以克隆植物结缕草(Zoysia japonica)为研究对象,探究了其克隆整合的生长收益对生境资源梯度水平和次序的响应。试验设置了高养分水平、低养分水平和高低水平贯通3个梯度,且在每个梯度内设置养分浓度呈增长和降低次序的两类生境。结果表明,结缕草总生物量在高养分水平梯度生境低养分水平梯度生境高低水平贯通梯度生境,且在同一梯度降低次序生境的总生物量均高于增长次序生境,表明提高生境中的养分水平能显著增加结缕草克隆整合的生长收益,当小生境养分供应与分株生长的需求相匹配时,结缕草克隆整合的生长收益更大。根冠比在低养分水平梯度生境高低水平贯通梯度生境(相当于中等养分水平)高养分水平梯度生境,表明结缕草克隆分株具有较强的独立性,分株倾向于在自身所处小生境内发生可塑性反应,而受相邻分株的影响不大。在不同养分水平梯度和次序生境中,结缕草植株A分株的生长明显优于B分株的。对匍匐茎的生物量投资比例在高低养分水平贯通梯度生境(相当于中等养分水平)中最大。结缕草克隆生长对于生境资源梯度水平和次序的响应反映了其形态可塑性的生态适应意义。     

内蒙古多伦典型草原14种植物比叶面积对水分梯度变化的响应

研究了内蒙古多伦典型草原14种植物的比叶面积对水分梯度的响应,结果表明：典型草原植物比叶面积（SLA）与水分梯度之间并不存在简单线性关系,不同水分梯度下典型植物叶片SLA变化比较复杂,并非简单依照植物生长型如：禾草类、豆科类以及杂类草等进行变化。     

短花针茅荒漠草原植被群落结构及生物量对水氮变化的响应

为了解降水变化和氮沉降对荒漠草原植被群落结构和生物量的影响,在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原进行水氮交互试验,采用裂区试验设计,主区为CK(自然降水)、W(增水30%)、R(减水30%),副区为0 (N₀)、30 (N₃₀)、50 (N₅₀)、100 (N₁₀₀) kg N·hm^-2·a^-1共12个处理。结果表明:1)水氮的介入导致植物群落组成、重要值发生了明显变化,R中群落物种数最低,提高了优势种在群落中的重要值,氮素添加导致群落物种数呈“抛物线”型,群落物种数先增多后减少。2) CK、W、R条件下随施氮量增加,物种丰富度、Shannon-wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均先增大后减小,2016和2018年在CK-N₃₀、W-N₃₀、R-N₅₀达到最大值,干旱年份(2017)分别在CK-N₃₀、W-N₅₀、R-N₁₀₀达到最大值。水分主效应、氮素和水氮交互作用均对以上3个植物多样性指数有显著影响(P<0.05)。3)水分和氮素刺激了地上生物量的增加,短期氮素添加使多年生禾草生物量在地上总生物量中占比增加,多年生杂草生物量在地上总生物量中占比减小。水分、氮素、水氮交互均对地上生物量有显著影响(P<0.05)。     

紫花苜蓿bZIP转录因子MsbZIP1的克隆、表达特性和遗传转化分析

bZIP（Basic leucine zipper）是植物中一类非常重要的转录因子,参与植物从生长发育到抗性调控的多个生物学过程。为了了解紫花苜蓿（Medicago sativa）中bZIP转录因子的特性,解析紫花苜蓿MsbZIP1基因的生物学功能,从而阐述MsbZIP1基因响应紫花苜蓿抗逆调控机制,本研究利用RACE技术从紫花苜蓿中获得1个MsbZIP1基因的全长cDNA,该序列全长1 176 bp,编码361个氨基酸,预测分子量为42.3 kD,等电点为6.5。分析发现,该蛋白含有bZIP家族典型的BRLZ碱性结构域和亮氨酸拉链,属于bZIP家族蛋白。进化树分析表明,该蛋白属于bZIP转录因子C亚族,与拟南芥（Arabidopsis thaliana）的AtbZIP63具有很高的同源性,推测可能具有与该类蛋白相似的功能。qRT-PCR分析表明,MsbZIP1基因对干旱、高盐、高温、低温,以及脱落酸（Abscisic acid,ABA）和生长素（Auxin,IAA）处理都有不同程度的响应,推测该基因可能参与调控紫花苜蓿多种非生物胁迫。本试验通过构建表达载体PCAMBIA3301-MsbZIP1,以农杆菌介导的花序浸染法转化拟南芥,经后代筛选、扩繁和分子检测,得到7株超表达的转基因拟南芥。本研究第一次分离了紫花苜蓿C亚族bZIP转录因子,初步确定紫花苜蓿MsbZIP1基因响应多种逆境胁迫的反应,并获得了阳性转基因材料,并为进一步探索该类转录因子在紫花苜蓿抗逆性调控中的作用奠定了基础。     

宁夏东部荒漠草原猪毛蒿光合特征和水分利用效率对降水变化的响应

荒漠草原植物的生长和生存受降水影响很大,本研究以宁夏东部荒漠草原猪毛蒿种群为研究对象,2017-2020年连续4年监测了降水改变条件下土壤水分特征,测定了猪毛蒿净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO₂浓度等光合特征,并对其内禀水分利用效率和瞬时水分利用效率进行了分析。研究表明：4年中无效降水事件(<5mm)发生次数较多,占当年降水频次的60.00%～82.54%;大雨(≥25 mm且≤49.9 mm)和暴雨等级(≥50 mm)降水事件较少,平均单次降水事件的降水量仅为3.3～6.5 mm·次^-1。不同处理各土层的土壤含水量存在较大差异,表层(10 cm)土壤含水量较次表层(20 cm)和深层(60 cm)的变幅大;次表层(20 cm)土壤平均含水量低于表层,与小降水事件发生频次较高无法入渗补给以及植物吸收消耗有关;深层(60 cm)土壤含水量变化小,较稳定。净光合速率随着光合有效辐射的增加而增大,当光合有效辐射在400～1600μmol·m^-2·s^-1时,增雨处理提高了猪毛蒿的净光合速率;在...     

荒漠植物红砂地上和地下生物量分配关系对大气CO2浓度升高及降水量变化的响应

植物的生物量在各器官中的分配可反映植物对环境的适应性及其生长策略。未来大气CO₂浓度显著升高将引起降水量的变化,而这种变化必将对荒漠植物的生物量分配产生严重影响。本研究以荒漠优势植物红砂（Reaumuriasoongorica）1年生苗木为试材,采用开顶式CO₂控制气室模拟CO₂浓度变化（350 μmol·mol^-1和700 μmol·mol^-1）,研究了降水变化（-30%,0,+30%）及其与CO₂的协同作用对红砂生物量分配及相关生长关系的影响。结果表明：CO₂浓度升高对不同降水量下红砂地上和地下生物量均具有显著的促进作用（P<0.05）;降水减少,红砂生物量向地下分配的比例增加,但CO₂增加会减弱这一作用;CO₂浓度升高和降水变化通过影响红砂地上和地下器官的相对生长来影响生物量在不同器官中的分配,6种处理下的红砂地上-地下生物量分配斜率与1.0差异不显著,其相对生长关系均表现为等速生长。未来大气CO₂浓度升高及降水变化下,红砂生物量分配模式对环境变化的响应在一定程度上支持了最优分配假说。     

羊草生物量和养分分配对养分和水分添加的响应

本研究通过3个盆栽控制试验（施氮肥试验,0、0.5、1、2、4、8、16、32、64和128 g·m-2 10个水平;施磷肥试验,梯度同施氮肥试验;控水试验,11.5、12.7、14.3、16.4、19.1、22.9、28.7、38.2、57.3和114.6 mL·cm-2 10个水平),探讨了养分和水分改变对羊草（Leymus chinensis）生物量和养分分配的影响。结果表明,随着氮肥和磷肥施用量的增加,羊草地上、地下生物量和养分库呈先增加后降低的趋势,根冠比呈降低的趋势;随着水分供给增加,羊草地上、地下生物量和养分库亦呈现出先增加后降低的趋势,根冠比无明显变化;生长旺期地上生物量和养分库高于地下部分,生长末期地下生物量和养分库高于地上部分。     

锡林郭勒草原地下生产力对生物量及环境因子的响应

在内蒙古锡林郭勒草原沿生境水热变化梯度布设样点,利用内生长法获取地下生产力,同时获取生物量和土壤环境因子的数据。采用回归分析法探讨草原植被地下生产力与地下生物量、地上生物量、气候因子以及环境因子的关系;运用相关分析,阐明生物量和环境因子之间的内在关系。结果表明:(1)地下生产力与地下生物量和年降水量之间存在显著正响应,与年均温和土壤pH值之间存在显著负响应;(2)降水是导致锡林郭勒草原地下生产力变化的主导因子;(3)气候因子尤其是年降水量的梯度变化,是引起草原生物量差异的主要原因,并在一定程度上影响着土壤因子。