干旱胁迫下荒漠草地植物红砂幼苗对外源ABA的生理响应

以2年生红砂（Reamuria soongorica）幼苗为试材,采用盆栽试验研究了正常水分（CK）及轻度、中度和重度干旱胁迫下喷施0.1,1,10和100 μmol·L^-1 4种浓度外源脱落酸（abscisic acid,ABA）对红砂幼苗生理特性的影响,分析了红砂抗旱性对外源ABA的响应。结果表明：干旱胁迫下外源ABA的喷施促进了红砂体内渗透调节物质脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖的积累,能明显阻止干旱胁迫后红砂体内超氧化物歧化酶（superoxide dismutase,SOD）和过氧化物酶（peroxide enzyme,POD）活性的减弱以及叶绿素含量的降低,抑制受旱红砂叶片丙二醛（malondiadehyde,MDA）增生,从而增强红砂的抗旱性。但是外源ABA对红砂干旱胁迫下的生理调节作用有一定的浓度限制值即10 μmol·L^-1,超过此浓度,作用会减小。外施ABA对红砂抗旱生理机能产生影响并不表现在对某一种生理指标上,而是多个指标的相互关联和相互影响。综合分析表明,干旱胁迫下叶面喷施一定浓度的脱落酸可以维持红砂生长季叶片正常的生理代谢功能,有效控制叶片的衰老进程。     

不同地理种源红砂幼苗对PEG胁迫的生理响应

以兰州、武威、张掖、酒泉4个地理种源红砂幼苗为试材,研究了不同浓度PEG胁迫对红砂叶片的质膜透性、保护酶活性和渗透调节物质等生理指标的影响。结果表明,不同地理种源红砂的脯氨酸(Pro)含量和可溶性糖(SS)含量均随胁迫浓度的增加而呈先上升后下降的趋势,武威种源渗透调节物质累积较其他种源的多。丙二醛(MDA)含量和质膜透性均随胁迫浓度的增加呈上升趋势,但武威种源增加幅度最小,说明武威种源红砂的组织受伤害较小,抵御干旱的能力较其他3个种源强。活性氧清除酶类(SOD,POD,CAT)活性均是先升高后降低的趋势,武威种源红砂始终比其他3个种源保持较高的POD和CAT活性。但在胁迫状态下植物体内保护酶对体内活性氧的清除能力有一个阈值,超过此阈值,则保护酶活性下降。相关性结果表明,4个地理种源红砂的细胞膜透性与MDA含量呈正相关,与游离Pro和可溶性糖呈极显著正相关(P＜0.01),与酶活性呈负相关。通过综合分析发现, 4个地理种源红砂的抗旱能力依次为:武威种源>酒泉种源>张掖种源>兰州种源。     

红砂幼苗根系形态特征对降水格局变化的响应

以西北荒漠生态系统典型植物红砂一年生幼苗为研究对象,利用塑料遮雨棚,研究了人工模拟不同降水格局下红砂幼苗根系形态的变化特征。结果表明,(1)降水量一定时延长降水间隔时间,红砂幼苗根系各指标均呈增加趋势,总根长、总根体积和根系生物量增加最为显著,分别为39.22%、62.50%和63.20%。(2)降水间隔时间延长至10 d时,降水量增加30%对幼苗根系各指标均有促进作用,且对总根体积和根系生物量的作用尤为突出,使其分别显著增加116.27%和224.40%(P<0.01)。(3)在自然降水条件下延长降水间隔时间,比根长和比表面积达到最大值,幼苗其他指标则无显著变化,说明幼苗对此水分条件的适应能力最强。(4)相关分析表明,不同降水格局条件下,红砂幼苗各形态指标间存在相关关系,但水平各异。总根长、总根表面积、总根体积、根平均直径及根系生物量之间呈显著正相关,且相关系数接近0.5,说明红砂幼苗根系具有较强的形态可塑性。     

荒漠植物红砂响应高浓度NaCl的生理机制

本研究以泌盐型荒漠植物红砂(Reaumuria soongorica)为材料,探讨了150 mmol·L-1 NaCl对其生长、盐腺泌盐以及整株Na+分配格局的影响。结果显示,7周龄的红砂经150 mmol·L-1 NaCl处理7 d后,地上部鲜质量和干质量分别比对照增加了14%和18%,而组织含水量则与对照相当;根系Na+净吸收速率显著增加了44倍,植株地上部Na+分泌量和积累量也相应增多,分别为对照的25倍和2.1倍;整株Na+分配格局发生了显著变化,通过盐腺分泌的Na+比例由对照的4.3%增至35%,而积累在地上部的Na+比例也高达43%。上述结果表明,在高盐条件下,红砂能够吸收大量Na+并将其绝大部分通过盐腺排出体外或积累在地上部中,从而减轻Na+毒害、维持植株水分状况,促进植株生长。     

野生草地早熟禾对干旱胁迫的生理响应

采用盆栽试验,以草地早熟禾品种午夜2号为对照,对甘肃省内5份野生草地早熟禾材料进行抗旱胁迫下的生理响应研究。结果表明,水分胁迫期间,各种草地早熟禾的相对含水量、叶绿素含量显著下降,MDA和可溶性蛋白含量显著上升,POD和SOD的活性在轻度干旱时上升,而在重度干旱时下降。运用模糊数学隶属函数综合分析得出,草地早熟禾材料抗旱能力大小顺序为:陇西安定午夜2号西和秦州清水。     

两个海拔分布下红砂叶片对渗透胁迫的生理响应

探讨了2个海拔分布红砂叶片对渗透胁迫的生理响应的差别及其机制,结果表明,在渗透胁迫逐渐加强的条件下,山下的红砂叶片持水力较强,渗透调节物质含量较高,活性氧水平和脂质过氧化产物丙二醛含量较低,可见山下红砂叶片耐渗透胁迫的能力强于山上的红砂;渗透胁迫下红砂各项生理指标变化的相关性分析显示,叶片相对含水量、水势及自由水/束缚水均与MDA含量、O₂^-·产生速率显著负相关, SOD活性与O₂^-·产生速率呈显著正相关。可见,对于九州台山上和山下生长的2组材料,在PEG胁迫加深的条件下,山下的红砂叶片具有较强的渗透调节能力和抗氧化能力,脂质过氧化的水平也较低,产生这些生理响应差别的主要因素可能为2组材料水分状况的不同,即山下红砂叶片束缚水含量较高,在深度胁迫下的保水性较好,且在通常情况下山下红砂叶片较低的相对含水量和水势也可能是其抗渗透胁迫能力较强的重要原因。     

4个多年生黑麦草品种对干旱胁迫的生理响应

为研究不同品种多年生黑麦草(Lolium perenne)的抗旱能力,选取4个多年生黑麦草品种,采用水培试验的方法,在温室利用PEG-6000模拟干旱胁迫,测定多年生黑麦草的草坪质量、地上部与地下部增长量、含水量、叶绿素含量以及抗氧化酶活性等生理指标。研究表明,干旱胁迫至10 d时,4个多年生黑麦草品种生长均受到明显抑制,同时4个品种的植株含水量都处于下降的趋势。此外,4个品种中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、过氧化氢酶等抗氧化酶活性都出现了先上升后下降的趋势,丙二醛含量增加。利用隶属函数分析法进行抗旱性评价。结果表明,4种多年生黑麦草的抗旱能力强弱表现为Pr521>维达斯>百灵鸟> Pr525。     

外源脯氨酸对缓解红砂干旱胁迫的机理研究

红砂属于干旱半干旱荒漠区生态系统中重要的超抗旱树种,对维护荒漠区植物群落的稳定性具有重要的作用。近年来由于极端干旱气候的频发,导致以红砂为建群种的荒漠植物群落出现大面积死亡以及退化的趋势。因此,采用人工措施提高干旱荒漠区植物的抗旱能力显得尤为重要。通过对干旱胁迫中的红砂苗木喷施外源脯氨酸（Pro）以减缓干旱胁迫对其造成的伤害。研究设置5个Pro浓度,分别为50,100,150,200,250 mg·L^-1,对红砂植株进行喷施处理,于处理前第0天（CK）,处理后第1,3, 6和9天对叶片抗氧化酶系统、代谢调节系统、光合色素、光合性能进行测定,第9天对生长状况进行测定,以期揭示干旱胁迫下Pro的作用机理。结果表明,外源Pro处理红砂植株后,对其抗氧化酶系统、代谢调节系统、光合色素、光合性能以及生长状况均有显著影响。除叶绿素a/b（Chl a/b）在处理年份间差异不显著,可溶性糖含量在处理浓度间差异不显著外,其他指标在处理年份之间、处理浓度之间、处理后作用时间之间以及处理浓度与处理后作用时间交互作用之间均差异显著,其中以100 mg·L^-1 Pro处理效果最佳。100 mg·L^-1 Pro处理后第9天和CK相比,可溶性蛋白（SP）、脯氨酸（Pro）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）分别提高了4.48%、131.07%、30.66%、12.30%,可溶性糖（SS）、超氧化物歧化酶（SOD）分别下降了6.42%、1.95%;总叶绿素含量Chl（a+b）、叶绿素a含量（Chla）、叶绿素b含量（Chlb）分别较CK降低了5.81%、1.47%和22.22%;净光合速率（P_n）、气孔导度（G_S）、蒸腾速率（T_r）、胞间二氧化碳浓度（C_i）以及水分利用效率（WUE）分别比CK降低了16.07%、10.00%、6.44%、7.68%和9.92%;红砂苗木的生长特性在处理后第9天,株高净生长量为2.48 cm,侧芽萌发数量为3.67个,侧芽净生长量为1.87 cm,地径净生长量为0.27 mm,比处理效果最差的250 mg·L^-1处理分别高出0.68 cm,0.34个,0.32 cm,0.07 mm。因此,100 mg·L^-1 Pro处理干旱胁迫中的红砂植株,能显著提高其抗旱性。     

干旱胁迫对红豆草根系生长及生理特性的影响

采用不同浓度PEG-6000模拟干旱胁迫（渗透势分别为0、-0.4、-0.8、-1.2、-1.6和-2.0 MPa）,研究干旱胁迫对5份红豆草材料根系生长及生理指标的影响,并对其苗期抗旱性进行分析和评价。结果表明：随干旱胁迫的加剧,供试红豆草的根冠比、根表面积、根尖数、根系可溶性蛋白、根系可溶性糖、根系活力均先增加后下降,根系平均直径、根体积、叶片相对含水量下降,根长和丙二醛含量增加;重度胁迫下,材料P1的根体积、根表面积、根直径降幅最小、丙二醛含量最低,材料P2的可溶性蛋白含量增幅最大,甘肃红豆草的根冠比降幅最小、可溶性糖含量增幅最大,蒙农红豆草的根系活力、根尖数降幅最低,根长最长。经隶属函数法分析得出供试红豆草的抗旱性顺序为：材料P1>P3>P2>甘肃红豆草>蒙农红豆草,主成分分析显示根直径、脯氨酸、可溶性糖可作为筛选抗旱红豆草的参考指标。     

干旱胁迫对甘草幼苗光合特性及根系吸水的影响

甘草(Glycyrrhiza uralensis)为豆科甘草属多年生草本植物,具有极高的药用价值,是我国干旱、半干旱地区重要的经济和生态作物。土壤水分是限制甘草生长的主要环境因素之一,研究其抗旱适应性表现对甘草资源可持续利用具有重要意义。本研究采用聚乙二醇6000 (PEG-6000)模拟干旱胁迫,研究胀果甘草(G. inflata)和乌拉尔甘草(G.uralensis)幼苗的光合特性和根系吸水能力对干旱胁迫的响应。结果表明：干旱胁迫7 d后胀果甘草和乌拉尔甘草幼苗地上部干重和根系干重均显著降低,其中地上部干重分别降低56.10%、62.50%,地下部干重分别降低16.67%和28.57%,而根冠比均有所增加。干旱胁迫均造成了胀果甘草和乌拉尔甘草幼苗叶片净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)和气孔导度(G_s)的降低,与对照相比,其下降幅度分别为41.73%、67.22%,62.21%、75.38%,66.02%、82.60%。干旱胁迫下甘草幼苗荧光特性也被显著抑制(P <0.05),其中胀果甘草幼苗的光系统Ⅱ潜在活性...     

4个地理种群红砂的抗旱性综合评价

在自然条件下以分布于兰州九州台(LZJ)、张掖临泽(ZYL)、武威民勤(WWM)和酒泉金塔(JQJ)4个地理种群的荒漠植物红砂为试材,对与其抗旱相关的光合、荧光、水分、渗透调节以及酶活性等18项生理指标进行了测定,并应用隶属函数法和灰色关联度法对这些生理指标及不同地理种群红砂的抗旱性进行综合评价。结果表明,不同地理种群红砂的抗旱性强弱顺序为:WWM＞JQJ＞ZYL＞LZJ,总体趋势表现为水分条件越差抗旱性越强,这是植物通过自身生理调节对外部环境条件产生适应的结果。光合速率、蒸腾速率、水势等18项指标在红砂的抗旱性中相互制约,相互依赖,综合调节着红砂的内在抗旱机制,但通过降低蒸腾速率来提高水分利用效率,依赖于叶黄素循环的热能耗散机制以及以Pro为主的渗透调节这3大机制在红砂的抗旱机制中占有重要的地位。     

红砂种群繁殖特性的研究

以 2个不同生境条件及发育阶段的红砂种群为对象 ,开展了红砂种群繁殖特性的研究。结果表明 ,红砂除以种子和根基劈裂方式繁殖外 ,特定条件下还存在不定根繁殖方式。3种繁殖方式在种群繁殖中所占比例因种群所处生境及发育阶段的不同而有较大差异。位于干旱、沙化生境的成熟阶段红砂种群以无性繁殖为主 ,占种群繁殖比例的 72 .4 % ,样地内未见当年实生苗和幼龄有性繁殖个体。位于相对湿润、以侵入种出现在山地草原的幼龄阶段种群以有性繁殖为主 ,占种群繁殖比例的 5 3.5 % ,其中当年实生苗占 3.9%。两个红砂种群中 ,红砂灌丛的劈裂繁殖体数与冠径均呈显著的正相关关系 (n=30 ,P<0 .0 1)。不定根繁殖与灌丛大小不相关 (n=30 ,P>0 .0 5 ) ,其发生主要依赖于枝条被流沙掩埋后 ,再遇降水使沙土含有足够萌根的水分。封育条件下 ,红砂种群当年仅有 4 8%的灌丛开花结实 ,平均种子产量为 0 .89g/丛 ,变化在 0 .0 4～ 3.6 3g/丛之间。此外 ,讨论了繁殖特性与环境条件的关系     

赤霉素对盐胁迫下红砂种子萌发的影响

超旱生小灌木红砂是干旱半干旱区优势乡土物种,但是种子依靠萌发繁殖活力较低,研究赤霉素与不同浓度盐交互作用对红砂种子萌发的影响,对于植被恢复和改善我国西部的生态环境具有重要作用。本试验采用培养皿纸上发芽法,对红砂种子进行不同赤霉素浓度(100、200、400、600 mg/L)、盐浓度(50、100、150、200、250、300 mmol/L)以及赤霉素与盐交互作用3种处理,以蒸馏水处理为对照,研究赤霉素对盐胁迫后红砂种子萌发和幼苗生长情况的影响。结果表明:盐胁迫抑制种子的萌发,红砂种子的发芽率随盐浓度升高逐渐下降,发芽整齐度随浓度升高而逐渐增大,胚根长与盐浓度具有显著负相关关系(R²=0.9452);使用较高浓度的赤霉素处理红砂种子,发芽率、发芽指数与发芽速度均随浓度增大而先减小后增大的趋势,阈值为200 mg/L,不同浓度赤霉素处理后的红砂种子的胚根长及胚芽长之间无显著性差异;赤霉素对较高浓度(>100 mmol/L)盐胁迫后红砂种子的发芽率有显著的改善作用,可以提高种子的发芽速度、发芽指数。赤霉素能促进盐胁迫后红砂的种子萌发,促进胚的发育。     

外源NO对NaCl胁迫下红砂幼苗生长和生理特性的影响

本试验以当年生红砂（Reaumuria soongorica）幼苗为材料,采用盆栽实验,通过研究叶面喷施0.01~1.0 mmol·L^-1不同梯度NO供体硝普钠（sodium nitroprusside,SNP）对在300 mmol·L^-1 NaCl胁迫下红砂生长、渗透调节物质和膜脂过氧化程度的影响,以探讨外源NO对红砂耐盐性的生理响应机制。结果表明：300 mmol·L^-1 NaCl处理显著抑制了红砂植株平均株高生长速率和生物量的积累（P<0.05）,降低了可溶性糖（Soluble sugar,SS）、脯氨酸（Proline,Pro）、离子选择向上运输K⁺的系数（ST_K+,Na+）和可溶性蛋白（Soluble protein,SP）含量,提高了丙二醛（Malondialdehyde,MDA）、Na⁺含量和Na⁺/K⁺值。外源NO处理可显著提高红砂在盐胁迫下的SS含量、Na⁺/K⁺值和ST_K+/Na+,降低Pro、SS、MDA含量。高浓度（>1.00 mmol·L^-1 SNP）外源NO未能缓解盐胁迫对红砂的伤害,而低浓度（0.01~1.00 mmol·L^-1 SNP）则有缓解盐胁迫对红砂生长抑制的作用,尤其以0.10 mmol.L^-1的NO供体SNP对盐胁迫的缓解作用最为显著。分析表明：NO主要通过提高植物SS的含量、降低Pro和MDA含量来提高红砂的耐盐性,同时,NO可通过促进Na⁺在红砂体内选择性吸收,提高地下部分K⁺向地上部分的输送能力来提高红砂对盐胁迫环境的适应能力。     

不同居群红砂的遗传多样性分析

为了探究不同居群红砂(Reaumuria soogorica)的遗传多样性水平及居群遗传结构。本研究运用SSR分子标记技术对来源于内蒙古、宁夏、甘肃16个不同居群的299份红砂材料进行遗传多样性分析。结果表明11对引物共扩增出67个等位基因,扩增等位基因多态率为83.58%,多态信息含量(Polymorphism information content, PIC)为0.396;居群的等位基因数(Allele number, Na)和有效等位基因数(Effective number of alleles, Ne)为3.735,2.221;香农信息指数(Shannon information index, I)为0.763;居群间遗传分化系数(Fixation index, Fst)为0.041～0.210,平均值为0.088。AMOVA结果表明,居群间的遗传差异仅占变异总来源的5.8%。本研究得出结论红砂的基因多态性为中度,等位基因不均匀的分布在染色体上。观测杂合度和固定指数说明居群内杂合度缺失,纯合体过量。Fst指数表明居群间分化程度较低,且红砂的遗传变异主要来自源于个体内DNA序列的...     

6个种源红砂幼苗光合作用特性研究

植物对环境的长期适应所形成的遗传特性对其光合作用有重要影响,本研究以6个种源地红砂（Reaumuria soongorica）幼苗为试验材料,采用LI-6400便携式光合作用系统对所标记的枝条进行净光合速率（Net photosynthesis,P_n）、蒸腾速率（Transpiration rate,T_r）、气孔导度（Stomatal conductance,G_s）的测定,分析其光合特性及其相关性,探究不同种源红砂幼苗光合特性变化规律。结果表明：6个种源红砂幼苗的净光合速率日变化曲线呈单峰或双峰型。在极端干旱生境条件下（酒泉金塔JQJ和酒泉肃州JQS）红砂种源幼苗具有较强的气孔调节能力,通过保持较低的蒸腾耗水而维持较高的水分利用效率（Water use efficiency,WUE）以适应干旱胁迫,表现出较强的光合抗旱性。6个种源红砂幼苗的P_n与T_r和G_s均呈显著正相关,体现了P_n,T_r与G_s3者具有较好的协同效应;WUE与T_r和G_s呈显著负相关,表明T_r,G_s分别作为影响WUE的因子与其有着极其密切的关系。本研究表明不同种源红砂之间的光合特性有一定差异,酒泉种源较其他各种源而言更能够抵御环境胁迫,可作为植被恢复的优良种源在西北干旱、半干旱荒漠区推广应用。     

红砂肌动蛋白基因片段的克隆及序列分析

肌动蛋白(Actin)基因是研究植物功能基因表达模式中最常用,也是最重要的内参基因。本研究以泌盐型强旱生植物红砂(Reaumuria soongorica)地上部总RNA为模板,根据其他植物Actin基因的保守序列设计一对简并引物,采用RT-PCR方法克隆其Actin基因片段。序列分析结果表明,该基因片段长度为598 bp,编码198个氨基酸,与GenBank中登陆的其他植物Actin基因核苷酸序列和氨基酸序列的一致性分别在82%和90%以上,说明其为Actin基因片段,命名为RsACT。进化分析显示,RsACT与陆地棉(Gossypium hirsutum)和白杨(Populus trichocarpa)肌动蛋白的亲缘关系最近。