荒漠沙生植物生理生态学研究与展望

荒漠沙生植物是在极端干旱、贫瘠、强风沙流等条件下生长发育的一些植物种类,它们不仅具有较强的抗逆能力,而且在其脆弱生态系统稳定性的维持和受损生态系统的恢复重建中起着重要的作用。有关荒漠沙生植物生理生态特性的研究早在上世纪初即已开始,随着测试手段和测定方法的不断改进,近年来取得了不少研究成果。但是随着植物逆境生理生态在宏观和微观方面研究的不断深入和生态环境建设的需求,迫切需要加强沙生植物生理生态研究的深度和研究的系统性。本文就沙生植物生理生态的研究历史、现状及国内外有关植物抗逆生理生态研究进展作了简要综述,并对今后沙生植物生理生态学的研究方向提出了一些初步建议。     

荒漠沙生植物生理生态学研究与展望

荒漠沙生植物是在极端干旱、贫瘠、强风沙流等条件下生长发育的一些植物种类,它们不仅具有较强的抗逆能力,而且在其脆弱生态系统稳定性的维持和受损生态系统的恢复重建中起着重要的作用。有关荒漠沙生植物生理生态特性的研究早在上世纪初即已开始,随着测试手段和测定方法的不断改进,近年来取得了不少研究成果。但是随着植物逆境生理生态在宏观和微观方面研究的不断深入和生态环境建设的需求,迫切需要加强沙生植物生理生态研究的深度和研究的系统性。本文就沙生植物生理生态的研究历史、现状及国内外有关植物抗逆生理生态研究进展作了简要综述,并对今后沙生植物生理生态学的研究方向提出了一些 初步建议。     

浅谈沙生植物的生态适应性

沙生植物长期生活在风沙大、雨水少、冷热多变的严酷气候条件下,形成一系列适应艰苦环境的形态特征和抗风蚀、沙割、耐沙埋、抗日灼、耐干旱贫瘠等的生态特性。从沙生植物适应沙埋生活的形态和生长特征、适应风和风沙打击危害的形态结构和生长特征、沙生植物具有的旱生或超旱生的形态结构与生理特性、沙生植物适应流动沙子的繁殖特性及短命植物等几个方面对它们的种种奇特的形态和适应性进行了详细论述。     

沙冬青逆境胁迫分子生物学研究进展

逆境胁迫是影响植物生长发育的重要因素,植物的抗逆机理是分子生物学研究的重要领域。随着分子生物学技术的发展,有关植物抗逆方面的研究已取得了很大的进展,初步揭示了植物应对逆境胁迫适应性的分子机理。沙冬青是我国温带荒漠地区惟一的常绿灌木,具有很强的抗逆性,是开展植物逆境胁迫研究和抗逆基因筛选的理想材料。本文综合论述了抗逆植物沙冬青的抗逆机理及逆境胁迫相关基因的分子生物学研究进展,为植物抗逆基因工程发掘更多的基因资源和抗旱植物的抗逆性研究提供思路。     

江苏海岸沙生植被的研究

 海岸沙生植被系由沙生植物和一些耐沙植物所组成的隐域植被,具旱生性质;种类组成简单,只24种,隶属18科,21属。此外,在砂质海岸听见的一个向森林演替的群落地段,含有19种木本,21种草本植物,概为新发观的耐沙植物,根据组成植物的生活型分析,作了沙生植被的生活型谱。 海岸沙生植被可分为草本与木本两个基本类型、共6个群落。它们的演替规律作了论述。最后讨论了沙生植被的开发、利用及保护问题。     

荒漠植物种子逆境萌发研究进展

对水分、温度、光照、沙埋深度、盐分胁迫及以上几种综合因素在逆境条件下对荒漠植物种子萌发的影响进行了综述。降雨次数、雨量大小、分布及土壤湿度是决定荒漠植物种子萌发的重要生态因子;温度是影响荒漠植物种子萌发的关键生态因子之一,变温有利于荒漠植物种子萌发;光照并非大多数荒漠植物种子萌发的必要条件,少部分荒漠植物种子萌发需要光照,有些要在黑暗中萌发,有些则对光照无特殊要求,光照对有些荒漠植物种子萌发有一定的抑制;不同沙埋深度具有不同的土壤湿度,土壤温度和光照等条件,综合调控荒漠植物种子的萌发;盐分胁迫抑制种子的萌发。荒漠植物种子的萌发在以上几种因素的共同协调作用下表现出一定的适应性。随着研究的不断深入和生态环境建设的需求,需要加强荒漠植物生理生态研究的深度和研究的系统性。     

荒漠植物性状权衡策略及功能多样性研究进展

荒漠植物是干旱区具有独特功能性状与资源权衡表征的地带性植物。植物功能性状及其多样性格局与资源权衡策略对群落结构优化和生态系统功能改善起着关键作用。该综述主要从荒漠植物组织、器官功能性状特征、功能性状权衡策略、功能多样性组分及测度3个方面梳理了荒漠植物性状权衡策略与功能多样性研究的进展脉络：1）荒漠植物独特的根、茎、叶功能性状特征揭露了植被对环境变化的响应以及对生态系统功能的影响,基于植物功能性状的研究有助于解决许多生态学的关键性问题;2）作为植物功能性状之间存在的最普遍的联系,权衡策略是经过自然筛选后形成的性状组合,关键性状已经被发掘并创造性的提出了"经济谱"概念。荒漠植物研究过程中,应分析其根、茎、叶的特征属性筛选关键性状,着眼于关键性状间及整株植物性状间的权衡策略;3）功能多样性是影响生态系统运行和发挥作用的生物多样性的重要组成部分,荒漠植物功能多样性能预测和指示群落中物种对于荒漠生态系统功能发挥和过程变化的影响。功能多样性的组分可以从不同角度反映群落的生态位占据状况和资源利用程度,指数的选择要体现在群落内部物种的功能特征之间的差异程度,同时要考虑这些物种自身在群落内的优势程度。本研究为未来荒漠植物功能性状及多样性研究梳理了一些新的研究方向和内容,期望为荒漠植物生理生态学研究的选题和发展提供一些新的思路。     

孑遗植物沙冬青的研究进展与展望

沙冬青源于第三纪,是亚洲中部荒漠地带唯一的常绿阔叶灌木,属于"阿拉善-鄂尔多斯生物多样性中心"的特有种.沙冬青在对历史环境演变的长期适应过程中,逐渐形成了独特的超旱生结构和抗逆机理,是特种基因片断的稀有载体,在研究古地理、古气候、植物系统发育和荒漠地区生物多样性变化中具有重要的中介意义,也是特种植物化学成分(生物碱和高活性植物抗冻蛋白)研究、提取和转接的珍贵材料.沙冬青四季常绿,抗旱抗寒,防风固沙能力强,是干旱沙区治沙造林和园林绿化中难得的树种.沙冬青种子可提取特种工业用油,枝、叶可入药,能祛风、活血、止痛,外用主治冻疮、慢性风湿性关节炎等.     

差巴嘎蒿幼苗对沙埋的生态适应和生理响应

沙埋对于沙漠植物存活和生长影响的研究文献已有很多,但迄今有关沙漠植物对于沙埋生理生态适应的研究还很少见有报道。差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)广泛分布于我国半干旱沙地中,是流动半流动沙地的优势种。为了解沙生植物对沙埋的生态适应及其生理响应,2010—2011年在内蒙古科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下差巴嘎蒿幼苗的存活率、株高等生长特性和渗透调节物质含量,保护酶活性和膜透性的变化,得到以下结果:沙埋对差巴嘎蒿幼苗的存活与生长有着显著影响,特别是沙埋深度超过其株高后,其存活率和高生长受到严重抑制,但和非沙生植物相比,差巴嘎蒿幼苗具有很强的耐沙埋能力,即使沙埋深度达到其株高的200%时仍有部分幼苗存活。随着沙埋深度的增加,差巴嘎蒿幼苗叶片含水量没有显著变化,但过氧化物歧化酶活力降低,过氧化物酶活性增强,过氧化氢酶活性变化不明显,脯氨酸含量增加,可溶性糖含量下降,丙二醛含量下降,膜透性增强。和水分、盐分胁迫不同,沙埋并未造成差巴嘎蒿幼苗的水分亏缺,沙埋胁迫下差巴嘎蒿幼苗死亡率增加、生长受到抑制的主要原因是沙埋导致植物光合面积下降,沙埋叶片无法进行正常呼吸和部分幼苗无法破土生长,但沙埋胁迫下脯氨酸含量的和过氧化物酶活性增强分别在渗透调节和保护细胞膜免受损伤中起到了关键作用。     

干旱半干旱荒漠地区一年生植物研究综述

1年生植物是干旱半干旱地区植被的重要组成部分,并以其独有的植物特性成为许多植物生态学关键问题研究的最佳试验材料。本文综述了干旱半干旱地区1年生植物的种子萌发对策、幼苗对环境的适应机制、种子传播和种子库等方面的研究成果,并探讨了影响1年生植物种群、群落组成和动态的生物与非生物因素。基于1年生植物类群在荒漠植被系统中重要的生态功能,有关1年生植物的研究成果将有利于荒漠生态系统的保护和恢复、资源的合理利用以及区域的可持续发展。     

风沙干扰在濒危植物沙生柽柳群落形成演变过程中的作用

风沙干扰影响沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis M.T.Liu)群落形成、发展和衰亡的全过程。经8年的调查、试验和探索后认为,沙生柽柳群落形成于低湿风蚀洼地,发展于沙埋地,死亡于风蚀地和重度沙埋地。在群落形成初期,风蚀形成的洼地为沙生柽柳种子发芽生根创造了适宜的生境,但高矿化度水胁迫使得沙生柽柳幼苗保存率较低;在群落发展期,沙埋促使沙生柽柳灌丛茁壮生长;在群落衰落期,风蚀或沙埋导致沙生柽柳灌从消亡。即在沙生柽柳群落的形成发展过程中,风沙干扰具有促进作用;而在沙生柽柳群落的衰落过程中,风沙干扰则具有加速衰亡的作用。此外,结合沙生柽柳生境分析认为,在高干扰和高胁迫情况下,荒漠地区耐胁迫的沙丘先锋植物仍可以生存,这一结果是对CSR对策的补充。     

风沙干扰在濒危植物沙生柽柳群落形成演变过程中的作用

风沙干扰影响沙生柽柳(Tamarix taklamakanensis M.T.Liu)群落形成、发展和衰亡的全过程.经8年的调查、试验和探索后认为,沙生柽柳群落形成于低湿风蚀洼地,发展于沙埋地,死亡于风蚀地和重度沙埋地.在群落形成初期,风蚀形成的洼地为沙生柽柳种子发芽生根创造了适宜的生境,但高矿化度水胁迫使得沙生柽柳幼苗保存率较低;在群落发展期,沙埋促使沙生柽柳灌丛茁壮生长;在群落衰落期,风蚀或沙埋导致沙生柽柳灌丛消亡.即在沙生柽柳群落的形成发展过程中,风沙干扰具有促进作用;而在沙生柽柳群落的衰落过程中,风沙干扰则具有加速衰亡的作用.此外,结合沙生柽柳生境分析认为,在高干扰和高胁迫情况下,荒漠地区耐胁迫的沙丘先锋植物仍可以生存,这一结果是对CSR对策的补充.     

新疆10种沙生植物旱生结构的解剖学研究

新疆１０种沙生植物的形态解剖研究表明,它们为适应沙生环境形态结构发生变化。叶器官的形态呈三种类型：叶片退化成膜质或鳞片状,而由同化枝执行光合功能;叶片上下都具栅栏组织,表皮角质膜厚,表皮毛发达,气孔下陷,输导组织和机械组织都发达;叶片肉质化,叶肉组织不分化,贮水组织发达而输导组织不发达。轴器官中厚壁组织发达,围绕维管组织,维管组织内部也有发达的厚壁组织。根中普遍具有周皮,一些植物存在异常的维管组织,部分植物还具有粘液细胞或结晶。沙生植物形成各种旱生结构,以不同的方式适应沙生环境。     

不同沙地共有种沙生植物对环境的生理适应机理

选择3个温带沙地(松嫩沙地、呼伦贝尔沙地、科尔沁沙地)4个共有种沙生植物(黄柳(Salix gordejevii)、差巴嘎蒿(Artimisia halodendron)、扁蓿豆(Melissitus ruthenica),猪毛菜(Salsola collina),通过自然状况下其叶片抗氧化酶活力和渗透调节物及丙二醛(MDA)含量日变化分析,探讨抗氧化酶活力和渗透调节物在沙生植物适应沙漠环境强光辐射和温度日变化中的作用,以及不同科属沙生植物抗逆生理调控机理的差异。结果表明:(1)不同沙地的4个共有沙生植物种可通过自身快速生理代谢调解,积累渗透调节物、提高抗氧化酶活力应对沙漠环境强光辐射和温度日变化,但生理调控幅度较小。(2)3个沙地不同科属的4个共有种在渗透调节物含量和抗氧化酶活力及种类上存在差异。扁蓿豆叶片日均MDA含量、POD(peroxidase)活力、CAT(catalase)活力、脯氨酸含量均最高,分别较其它3个种平均高2、10、2和2.5倍。黄柳叶片日均MDA含量较高,SOD(superoxide dismutase)活力和可溶性糖含量最高,分别较其它3个种高1.2和3倍。差巴嘎蒿和猪毛菜叶内MDA含量较低,POD、CAT、SOD活力和脯氨酸、可溶性糖含量均最低。沙生植物细胞中膜脂过氧化程度和抗氧化酶活力及渗透调节物含量呈正相关。自然状况下3个沙地的扁蓿豆和黄柳通过生理代谢调节维持细胞水分和氧自由基代谢平衡适应沙漠环境,差巴嘎蒿和猪毛菜依靠特殊的叶片形态结构变异减少光辐射吸收、降低水分蒸腾、维持叶片水分平衡、降低细胞膜脂过氧化。因此不同科属沙生植物维持叶片水分和氧自由基代谢平衡可能是其适应沙漠环境生存的重要生理调控机理。由于不同科属沙生植物种对沙漠环境适应的生理调节机理的不同,在未来农作物、林木抗逆育种中,根据具体科属植物选择合适的沙生植物作为亲本对提高抗逆育种效率是十分重要的。     

沙冬青CBF/DREB1转录因子cDNA的克隆及序列分析

CBF/DREB1(C-repeat binding factor/dehydration resistance element binding protein 1)是一类抗逆相关的转录因子,它们的表达可以激活下游一系列抗逆应答基因的表达,从而提高植株的抗逆性.沙冬青(A mmopiptanthus mongolicus)主要生长在中国西北荒漠和半荒漠地带,是典型的旱生资源植物,具有突出的抗寒、抗旱、耐盐碱特性.本文以沙冬青为实验材料,利用RT-PCR和RACE技术克隆了沙冬青CBF/DREB1基因cDNA序列,并对其进行了序列分析.结果表明:沙冬青CBF/DREB1转录因子基因序列全长为991 bp,包括624 bp的开放阅读框(ORF),起始密码子ATG,终止密码子TAA,114 bp的5UTR和253 bp的3UTR,以及加尾信号AATAAA及poly(A)_(11).生物信息学预测其演绎的氨基酸序列具有AP2结构域,且AP2结构域的两端拥有CBF家族特有的PKK/PPAGRxKFxETRHP和DSAWR两段短多肽序列,属于CBF家族.沙冬青CBF/DREB1转录因子的克隆为进一步研究植物抗逆和获得抗性基因提供了新的候选基因,也为进一步从分子水平上验证其功能,深入理解植物适应干旱、低温和高盐机制奠定基础.     

近丘间低地沙障促进沙丘植被恢复的效应

流动沙丘区的丘间低地的土壤种子库大,种类丰富,但其对流动沙丘植被恢复的作用尚不清楚.以科尔沁沙地为研究对象,在靠近丘间低地的下风向裸沙段设置沙障,研究了其对土壤种子库、幼苗出土与植物定居的效应.结果表明:沙障处土壤种子库物种数和密度都显著大于对照处(P<0.05),5-10 cm深度种子密度达到土壤种子库密度的60%,而对照处低于50%;沙障内的沙生植物出土和定居幼苗密度都显著大干对照处(P<0.001),沙障处与对照处的非沙生植物出土幼苗密度低于1株·m~(-2),建植幼苗密度低至0.1株·m~(-2);对照处种子数与幼苗出土和定居的相关性相对于沙障处的更强,沙生植物种子数与幼苗出土和定居的相关性相对于非沙生植物的更强;对照处种子库与幼苗出土和定居的物种组成相似性较沙障处大,沙生植物种子库与幼苗出土和定居的相似性较非沙生植物大.可见,沙障截留来自丘间低地的种子增加了流动沙丘的土壤种子库种类和密度,改变了土壤种子库的空间格局;沙障的设立提高了沙生植物幼苗的出土和物种定居的水平,但没有显著提高非沙生植物幼苗的萌发和建植.     

沙埋对两种一年生藜科植物存活及光合生理的影响

为了解沙埋对沙生植物存活的影响及其光合生理响应特征,比较不同藜科沙生植物耐沙埋能力及其光合响应,在内蒙古科尔沁沙地研究了沙米(Agriophyllum squarrosum)和大果虫实(Corispermum marocarpum)在不同沙埋深度下第5、10、15天的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、水分利用效率的变化,并于植物生长末期对存活率进行了测定。结果表明:沙米较大果虫实具有较强的耐沙埋能力,其中沙米幼苗最大耐沙埋深度超过苗高10 cm,大果虫实在埋深等于其苗高时全部死亡;随沙埋深度增加,沙米和大果虫实的存活率均显著下降,但沙米的下降幅度明显小于大果虫实;沙埋后,2种植物的气孔关闭或开放程度减小,通过降低蒸腾速率和提高水分利用效率来适应沙埋胁迫;随着沙埋胁迫的加剧,2种植物的净光合速率下降,表明沙埋胁迫对植物的光合作用破坏较大;相比于大果虫实,沙米对于沙埋胁迫有着更好的光合适应,随着胁迫的时间增加,其净光合速率有所恢复。     

荒漠生态系统磷循环及其驱动机制研究进展

磷(P)循环在维持荒漠生态系统的生物多样性水平、结构和功能的稳定性、元素的动态平衡,以及荒漠自然资源的可持续利用方面有重要作用。通过查阅国内外有关P循环的文献资料,发现当前国内尚缺乏针对荒漠生态系统P循环的系统研究,特别是P循环的生物和非生物驱动机制。综述了荒漠生态系统P的输入-输出过程,植物对P的吸收转运机制以及对P循环的作用,生物土壤结皮(BSC)有机分泌物对P循环的贡献,以及荒漠生态系统P循环过程对气候变化的响应机制等。文末展望了荒漠生态系统P循环的一些重要研究方向和亟需解决的科学问题,包括(1)P在荒漠生态系统中的存在形态、分配及动态平衡;(2)土壤微生物对荒漠植物获取土壤有效P的驱动作用;(3)入侵植物对P循环的影响与潜在生态风险评估;(4)利用分子生物学和基因组学手段揭示真菌-荒漠植物根系系统P循环的基因调控机制;(5)微生物分泌物、土壤磷酸酶类(包括磷酸单酯酶、磷酸二酯酶和三磷酸单酯水解酶)和作用于含磷酸酐和N—P键的酶对土壤P循环的调控;(6)气候变化(干旱、高温和降水节律变化等)如何影响P的生物和非生物转化过程;(7)基于同位素示踪和生态化学计量学理论解释荒漠生态系统...     

雅鲁藏布江中游河岸带几种主要沙生植物种群点格局分析

以雅鲁藏布江中游河岸带几种主要沙生植物为研究对象, 采用相邻格子法分别在不同生境条件下的藏沙蒿(Artemisia wellbyi)、藏白蒿(Artemisia younghusbandii)和砂生槐(Sophora moorcroftiana)种群设立4个20 m × 30 m的样方, 运用点格局分析方法, 研究了这几种沙生植物的种群结构、空间分布、空间关联及其影响因素, 以期为西藏高寒河谷风沙化土地植被恢复提供依据。结果表明: 1)藏沙蒿种群结构呈增长型, 藏白蒿和砂生槐种群结构呈衰退型。藏沙蒿和藏白蒿种群在所有尺度上均呈集群分布, 砂生槐种群随着尺度增大表现为集群→随机→集群→随机分布。沙生植物种群分布格局主要是由较小的大小级决定的, 而较大的大小级是造成种群分布格局波动的主要因素。2)这几种沙生植物种间正关联往往存在于一定的尺度范围内, 种间关联时常出现不同关联方式交替出现和摆动的现象。半裸露砂砾地和半固定沙地藏沙蒿-砂生槐种间关联均表现为无关联→正关联→无关联→正关联, 半裸露砂砾地藏沙蒿-毛瓣棘豆( Oxytropis sericopetala)种间关联表现为正关联→无关联→正关联→无关联→负关联, 藏白蒿-砂生槐种间关联表现为正关联→无关联。3)这几种沙生植物种群均随植株形体增大, 聚集强度减弱, 大小级较小时表现为集群分布, 随着大小级增大, 表现为随机分布或随机与集群分布交错出现。不同大小级的空间正关联随着植株形体大小差异的增大而减弱, 甚至会转变为负关联, 各大小级在较小的空间尺度上易表现为正或无空间关联。     

种子萌发和幼苗生长对沙丘环境的适应机制

综述了植物沙生适应机制的研究及其进展.一些植物的种子在刚成熟时具有休眠特性.种子需要适度沙埋促进萌发并实现幼苗定居,但过度沙埋则会抑制种子萌发和出苗.在沙层深处,没有萌发的种子会进入休眠状态,形成土壤种子库.幼苗通过增加节数和延长节间来适应沙埋.沙埋深度超过植物的忍耐限度会抑制幼苗生长,甚至导致幼苗死亡.沙生植物必须适应其他环境因子,如盐风与土壤盐分、昆虫采食、土壤养分亏缺等,才能在沙丘上成功生长.沙蚀可导致幼苗根系暴露并干燥脱水.一些沙漠植物的幼苗在萌发后可忍耐一段时期的干燥,水分条件得到满足之后,幼苗能够恢复生长.