蒙古沙冬青功能性状及其环境适应特征研究

为探究我国西北荒漠地区珍稀濒危物种蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)的叶功能性状及其在气候变化下对环境因子的适应特征,该研究基于自适应帕尔默干旱指数(self-calibrating Palmer Drought Severity Index,scPDSI),采用回归分析法和单因素方差分析法等对内蒙古、宁夏、甘肃沙砾质生境的天然蒙古沙冬青功能性状进行了测定和分析。结果表明:(1)蒙古沙冬青种内变异系数为7.06%~39.54%,叶形态及其结构组成变异程度较大。(2)研究区域趋于湿润化,蒙古沙冬青叶干物质含量、叶厚、叶柄长度、叶柄干重、叶柄鲜重、蒸腾速率显著性减小(P<0.05),叶鲜重、叶长、叶形指数、水分利用效率显著性增大(P<0.05)。(3)蒙古沙冬青叶片功能性状受环境条件影响显著,主要环境因子包括土壤砂粒含量、年均风速、土壤黏粒含量、年均潜在蒸散发量等。(4)蒙古沙冬青植物性状网络(plant trait networks,PTNs)以整体松散、局部聚集的方式适应沙质地生境,而在砾质地生境中以性状协同的方式生长。综上认为,蒙古沙冬青在不同环境条件下表现为不同的性状特征及适应策略,其表现受环境因子的影响显著。该研究为蒙古沙冬青的环境适应机制提供了科学依据,并为制定其保护和恢复策略提供了参考。

蒙古沙冬青功能性状对土壤水分的响应

植物功能性状是资源分配和生存繁殖的重要量化指标,反映了其对环境变化的响应与适应机制。本文通过测定固定沙地、砾质沙地两种生境下蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)个体形态特征、叶片功能性状以及花数量和花部结构特征,探究其生长发育与繁殖过程中资源分配对不同土壤水分的响应规律。结果显示:(1)由于土壤水分含量的差异,砾质沙地上蒙古沙冬青的基径、冠幅、地上生物量显著大于固定沙地(P<0.05)。(2)不同土壤水分条件下,蒙古沙冬青叶面积、叶体积、叶组织密度具有显著差异性(P<0.05);比叶面积、叶鲜重、叶干重具有极显著差异性(P<0.01)。(3)土壤水分含量低的生境下,植株比叶面积与叶面积、叶体积显著正相关(P<0.05),与叶组织密度极显著负相关(P<0.001);土壤水分充足条件下,叶形指数与叶面积显著负相关(P<0.01)。异质生境下,叶干物质含量均与叶片含水量显著负相关(P<0.05),而与水分饱和亏、叶面积极显著正相关(P<0.001)。(4)土壤水分含量低的生境下,蒙古沙冬青花数量、花瓣长度与花萼大小均减小;异质生境下,花数量均与冠幅、地上生物量极显著正相关(P<0.001)。综上所述,蒙古沙冬青通过降低个体大小,减小叶面积和增加比叶面积、叶组织密度以及减少花数量适应干旱环境,功能性状与植物对资源的获取和利用密切相关,反映了其在异质生境下的生活史适应策略。

蒙古沙冬青根围AM和DSE真菌与土壤因子的相关性研究

于2012年6月对银川、沙坡头、民勤3个样地的蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）根围采集5个土层（0~10、10~20、20~30、30~40、40~50cm）的土样和根样,研究了蒙古沙冬青根际AM和DSE真菌空间分布以及土壤因子的生态作用,以阐明沙冬青与土壤真菌的共生关系,为利用共生真菌资源促进沙冬青生长和荒漠植被恢复提供依据。结果表明：（1）沙冬青根系能被AM和DSE真菌高度侵染,共生程度和生态分布具有明显空间异质性。（2）沙坡头样地AM真菌总定殖率最高,民勤DSE定殖率最高,但不同样地菌丝、泡囊、丛枝和定殖强度无显著差异;同一样地不同土层AM真菌总定殖率和DSE定殖率无显著差异。（3）相关性分析表明,AM真菌总定殖率与土壤速效P显著正相关;泡囊定殖率与有机质显著正相关,与速效P极显著正相关;定殖强度与总球囊霉素（TEG）显著正相关,与碱解N和速效K极显著正相关;DSE定殖率与易提取球囊霉素（EEG）极显著正相关,与碱解N显著正相关。（4）通径分析表明,土壤有机质、EEG和速效K是通过直接作用影响AM真菌总定殖率和DSE定殖率。

蒙古沙冬青和霸王种子超干保存效果的研究

采用硅胶干燥法对蒙古沙冬青和霸王种子进行超干处理,以研究超干处理对种子活力和种子生理特性的影响。试验结果表明,蒙古沙冬青和霸王种子有较高耐脱水性,含水量分别降至4.67%和3.89%,种子活力虽略有下降,但明显高于对照,细胞膜也能够保持较好的完整性,脱氢酶活性、a-淀粉酶活性、呼吸强度也都较对照高,可见4.67%和3.89%分别是蒙古沙冬青和霸王种子超干保存的最适含水量。

改良Trizol法提取高质量蒙古沙冬青总RNA

以木本植物蒙古沙冬青的叶片和根为材料,采用改良Trizol法提取总RNA。结果表明,与传统Trizol法相比,改良Trizol法能有效去除提取过程中残留的异硫氰酸胍、β-巯基乙醇以及植物本身的糖、酚类物质,获得高质量总RNA。改良Trizol法提取总RNA技术已被成功应用于蒙古沙冬青转录组数据库的建立。该方法可为木本植物提取高质量RNA提供借鉴。

蒙古沙冬青及其伴生植物AM真菌物种多样性

于2015年7月在内蒙古乌海、磴口2个样地选取蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)及其伴生植物为研究对象,分别采集0-20 cm和20-40 cm土层根围土样,利用高通量测序方法分析了不同植物AM真菌群落结构和物种多样性,发掘新物种,为补充和完善AM真菌分类体系提供依据。试验共分离鉴定3纲5目6科9属89个AM真菌OTU,属包括Glomus,Funneliformis,Diversispora,Claroideoglomus,Rhizophagus,Septoglomus,Scutellospora,Ambispora和Paraglomus。与形态学研究结果相比,高通量鉴定结果在属水平上更丰富。同一土层不同样地,蒙古沙冬青AM真菌丰度和多样性指数高于伴生植物;同一土层不同植物,AM真菌丰度和多样性指数表现为磴口高于乌海;同一植物不同样地,AM真菌ACE指数和Chao1指数20-40 cm土层高于0-20 cm土层,Simpson指数和Shannon指数0-20 cm土层高于20-40 cm土层。RDA分析表明,AM真菌ACE指数和Chao1指数与土壤碱解N显著正相关,与酸性磷酸酶显著负相关;Simpson指数和Shannon指数与碱性磷酸酶显著正相关,与pH显著负相关。结果表明,蒙古沙冬青AM真菌物种多样性高于伴生植物,同一样地,寄主植物与土壤深度共同作用对AM真菌群落组成有显著影响。

蒙古沙冬青总RNA提取与mRNA分离方法的研究

蒙古沙冬青是分布于我国西北荒漠区的常绿旱生阔叶灌木,因其富含多糖和多酚等次生代谢物质,用常规RNA提取方法难以从中获得高质量总RNA。本研究通过在热酚法的RNA提取液中加入高浓度的KAc和β-巯基乙醇,从该植物的不同样品中提取到高质量总RNA,并用筛选到的合适试剂盒分离到高纯度的mRNA。所得到的总RNA和mRNA已被成功应用于基因克隆和SMART全长cDNA文库的构建。

蒙古沙冬青AmDREB2C基因的克隆及表达分析

蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)是中国西北荒漠区唯一的常绿阔叶灌木,具有很强的抗寒抗旱特性。利用PCR方法从该植物克隆到转录因子Am DREB2C的c DNA和基因组DNA的全长编码区,二者均由1191 bp组成,无内含子序列,编码由396个氨基酸残基组成的蛋白,其中含1个AP2结构域和1个核定位信号。表达分析显示,Am DREB2C的转录受低温和干旱胁迫的诱导。此外,将该基因编码区c DNA成功构建到植物表达载体p CAMBIA3300-35ST上,为后续研究其功能奠定了基础。

蒙古沙冬青AmDREB2.1基因的克隆及表达分析

基于已建立的蒙古沙冬青[Ammopiptanthus mongolicus(Masxim.)Cheng f.]根的转录本数据库,分离到1个编码DREB类转录因子基因,命名为AmDREB2.1。该序列全长978 bp,包括531 bp的开放阅读框(ORF),编码176个氨基酸,具有典型的DREB转录因子保守的AP2结构域。实时荧光定量PCR分析表明,该基因能在根、叶中表达,但对干旱、低温响应不同,AmDREB2.1主要参与根的干旱胁迫应答。

蒙古沙冬青根蛋白的提取及双向电泳体系的建立

以蒙古沙冬青根为实验材料,采用TCA/丙酮沉淀法和Tris-饱和酚提取法分别提取根可溶性蛋白.用Bradford法测定蛋白质浓度,计算蛋白提取率,并对所提取的蛋白样品进行双向电泳检测及电泳体系优化.结果表明,选择Tris-饱和酚法提取蛋白,采用24cm、pH5～8的IPG胶条,上样量900μg,可获得分辨率高、重现性好的双向电泳凝胶图.

蒙古沙冬青伴生植物AM真菌的空间分布

进一步探究荒漠植物与AM(arbuscular mycorrhiza)真菌共生关系及其生态适应性,为以蒙古沙冬青为建群种适生区的植被恢复与生态改良提供依据。于2013年6月在内蒙古荒漠带选取以蒙古沙冬青为建群种的3个样地乌海、磴口和阿拉善,从每个样地选择2种主要伴生植物,按0—10、10—20、20—30、30—40、40—50 cm共5个土层采集土样和根样,研究了蒙古沙冬青伴生植物AM真菌空间分布及其与土壤因子的关系。从梭梭(Haloxylon ammodendron)、油蒿(Artemisia ordosica)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)4种伴生植物根围土壤共分离鉴定4属25种AM真菌,其中球囊霉属(Glomus)14种,无梗囊霉属(Acaulospora)7种,管柄囊霉属(Funneliformis)3种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)1种,优势菌种为网状球囊霉(Glomus reticulatum),AM真菌属种分布具有不均衡性和地域性。4种伴生植物根系均能与AM真菌形成I-型(intermediate type)丛枝菌根,其共生程度和定殖规律具有明显空间异质性。AM真菌种数随土层深度增加而下降。AM真菌最大定殖率在10—30 cm土层,最大孢子密度在10—20 cm土层。相关性分析表明,AM真菌菌丝与土壤有机C极显著正相关(P<0.01),与易提取球囊霉素(EEG)显著负相关(P<0.05);孢子密度与有机C、碱性磷酸酶极显著负相关(P<0.01),与碱解N极显著正相关(P<0.01)。主成分分析表明,土壤有效P、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和总球囊霉素(TEG)等土壤因子能综合反映内蒙古荒漠带营养状况。TEG和EEG平均含量分别为4.76 mg/g和1.62 mg/g,占土壤有机C平均含量为61.26%和20.8%,说明在贫瘠荒漠环境中球囊霉素是土壤有机碳库重要来源和组成部分。

蒙古沙冬青AM真菌物种多样性与土壤因子的相关性

为了探明蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）根围AM真菌物种多样性年际变化规律以及土壤因子的生态功能,于2012年7月和2013年7月从宁夏银川、沙坡头和甘肃民勤3个样地分别从O～10,10～20,20～30,30～40,40～50 cm 5个土层对沙冬青根围土样进行采集,共分离鉴定出AM真菌5属36种,其中,球囊霉属Glomus 16种,无梗囊霉属Acaulospora 13种,管柄囊霉属Funneliformis 3种,盾巨孢囊霉属Scutellospora 3种,多孢囊霉属Diversispora 1种.不同样地和土壤深度,AM真菌种类组成、孢子密度和种丰度在年际间均有明显差异.相关性分析表明,孢子密度与土壤酸性磷酸酶和总球囊霉素显著正相关;种丰度与土壤脲酶、有机质和碱解氮显著正相关.主成分分析表明,土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、脲酶、碱性磷酸酶是影响AM真菌物种多样性的主要因子.研究结果说明,AM真菌物种多样性及其分布规律可以用作检测和评价荒漠环境土壤状况的生态指标.

蒙古沙冬青伴生植物AM真菌多样性

为探究蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）伴生植物丛枝菌根（AM）真菌遗传多样性特征,于2013年7月随机取样采集内蒙古乌海、磴口和乌拉特后旗3个样地霸王（Zygophyllum xanthoxylum）和白刺（Nitraria tangutorum）根围土壤,利用变性梯度凝胶电泳（DGGE）技术对AM真菌群落结构、生态分布及与土壤因子的相关性进行研究。结果表明：（1）共分离鉴定球囊霉属（Glomus）、管柄囊霉属（Funneliformis）和根内球囊霉属（Rhizophagus）3属AM真菌,其中,Glomus为所有样地和土层共有优势属,G.coronatum（AJ276086.2）和G.sp.（KC558550.1）为霸王根围优势菌种,Uncultured Funneliformis（HG004455.1）和Uncultured Rhizophagus（KC797139.1）为白刺根围优势菌种;G.coronatum（FR773145.1）是乌海特有菌种,G.sp.（AJ315521.1）,Uncultured Rhizophagus（KF386282.1）和Uncultured Glomus（HG972422.1）为磴口特有菌种。（2）不同宿主、样地、土层AM真菌具有不同的DGGE图谱特征,丰度和多样性指数呈现蒙古沙冬青〉霸王〉白刺;同一样地,0～30cm土层高于30～50cm土层;同一土层,乌海、磴口均高于乌拉特后旗样地,其中乌海20～30cm土层AM真菌丰度和多样性指数最高,分别为16和2.06。（3）土壤速效磷与AM真菌多样性显著正相关,碱解氮、碱性磷酸酶与AM真菌群落多样性显著负相关。可见,AM真菌能与宿主植物形成良好共生关系,具有丰富的遗传多样性;宿主植物、环境因子对AM真菌群落多样性有重要影响。

蒙古沙冬青AM真菌物种多样性研究

2012年7月选取宁夏银川、沙坡头和甘肃民勤3个样地,分0-10、10-20、20-30、30-40、40-50 cm 5个土层采集蒙古沙冬青(Ammopiptanthus monglicus)根围土壤样品,研究了AM真菌物种多样性和土壤因子生态作用。共分离AM真菌4属36种,其中,球囊霉属(Glomus)19种,无梗囊霉属(Acaulospora)13种,盾巨孢囊霉属(Scutellospora)3种,多孢囊霉属(Diversispora)1种。黑球囊霉(G.melanosporum)是银川和沙坡头优势种,网状球囊霉(G.reticulatum)是民勤优势种。民勤孢子密度、种丰度和物种多样性最高,孢子密度和种丰度随土层加深而递减,在0-20 cm土层达最大值。总球囊霉素(TEG)和易提取球囊霉素(EEG)含量在3个样地均随土层加深而降低。孢子密度与土壤有机质、碱解氮、速效钾显著正相关,与总球囊霉素极显著正相关。结果表明,AM真菌物种多样性具有明显空间异质性,并与土壤环境密切相关,这为筛选优良菌种,充分利用AM真菌资源促进沙冬青生长和荒漠植被恢复提供了依据。

蒙古沙冬青根系深色有隔内生真菌共生及分离培养特征研究

2013年7月选取宁夏银川、沙坡头和甘肃民勤3个样地,分0-10,10-20,20-30,30-40,40-50cm5个土层采集蒙古沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus）根围土壤样品,系统研究了蒙古沙冬青根系深色有隔内生真菌（DSE）侵染率、空间分布和分离培养特征,以便阐明DSE与蒙古沙冬青共生关系,为利用DSE资源促进蒙古沙冬青生长和荒漠植被恢复提供依据。结果表明：蒙古沙冬青根系能被DSE高度侵染,并发育形成典型的有隔菌丝和微菌核结构,银川样地微菌核以离散型分布为主,聚合型少见;沙坡头和民勤样地聚合型分布比例增加;微菌核数/根段长度比值,银川和沙坡头样地差异显著;微菌核/根段面积比值,仅10-20cm土层沙坡头与银川和民勤差异显著。菌丝侵染率最大值在0-20cm土层,民勤显著低于银川和沙坡头;微菌核侵染率20-30cm土层较高;总侵染率和定殖强度最大值在0-30cm土层,同一土层民勤与银川和沙坡头差异显著。共分离10株DSE菌株,5株产孢,5株不产孢,不产孢菌株多分离自0-10cm土层,而产孢菌株多分离自20-30cm和40-50cm土层。

西北干旱区孑遗濒危植物蒙古沙冬青群落特征及与环境因子的关系

蒙古沙冬青是我国西北干旱区植物群落主要建群种之一,对维持西北干旱区脆弱的生态系统起着重要作用。本研究通过样方法对蒙古沙冬青群落物种组成、盖度、多度等植被特征进行了调查与统计分析,并采用双向指示种分析法(TWINSPAN)和冗余分析法(RDA)对其群落特征与环境因子的关系进行了研究。结果表明:(1)蒙古沙冬青群落主要由藜科、禾本科、豆科、菊科和蒺藜科树种组成,分属21科50属70种,区系组成以温带、地中海及西亚至中亚分布为主;(2)通过双向指示种分析法(TWINSPAN),将17个蒙古沙冬青群落划分为6个群丛类型,分别是蒙古沙冬青—白刺—猪毛蒿群丛、蒙古沙冬青—柠条锦鸡儿—碱蓬群丛、蒙古沙冬青—蒙古扁桃—阿尔泰狗娃花群丛、蒙古沙冬青—酸枣—沙葱群丛、蒙古沙冬青—驼绒藜—黄花蒿及蒙古沙冬青—霸王—骆驼蓬群丛;(3)通过冗余分析法(RDA),排序得到环境因子与蒙古沙冬青植物群落物种多样性的关系,环境因子的交互作用是影响蒙古沙冬青群落物种多样性的主要原因。

蒙古沙冬青根围土壤AM真菌PCR-DGGE分析

分子学方法在研究AM真菌多样性中有着重要作用。为了寻找研究蒙古沙冬青根围土壤AM真菌群落的合适引物,选取3对常用引物进行试验,最终选取2对不同引物AM1/NS31和AMV4.5NF/AMDGR,利用DGGE技术研究内蒙古阿拉善和乌拉特后旗2个样地蒙古沙冬青根围土壤AM真菌多样性及其与土壤因子的相关性,阐明极端干旱环境下AM真菌空间分布及土壤因子的生态作用。结果表明：（1）AM1/NS31引物能够更有效扩增样本AM真菌,表现出丰富的DGGE条带数目。（2）2个样地AM真菌群落结构在种类组成上有较高相似性,不同样地和土层AM真菌群落差异性主要体现在丰富度和优势度上。同一样地,0～20cm土层AM真菌丰富度高于20～40cm土层;同一土层,阿拉善样地AM真菌丰富度更高。不同样本AM真菌优势度有较大差异,Rhizophagus intraradices在所有样本中均有较高优势度。（3）土壤速效P、速效N、速效K和有机质对于AM真菌分布有显著影响。

新疆沙冬青和蒙古沙冬青叶片及其生境土壤中15种无机元素的含量比较

采用单道扫描等离子体发射光谱仪(ICP)和微波消解仪测定了新疆沙冬青和蒙古沙冬青两种珍稀植物的叶片及生境土壤环境中15种无机元素(Al、B、Ca、Cu、Fe、Mg、Mn、Na、Ba、La、Co、Ni、Pb、Rb和Ti)的含量,其中两种沙冬青叶片及生境土壤中含量最大的元素均为Ca,最小的均为Co.应用两个独立样本检验(Independent-samples T Test)中的曼-惠特尼U检验法(Mann-Whitney U)分析15种无机元素的差异性,结果显示,两种沙冬青的土壤环境相似;叶片的无机元素除了5种元素(B、Fe、Co、Ni和Ti)呈现显著性差异以外,其余元素含量差异不显著;通过比较叶片和土壤的元素含量发现,15种元素均呈现显著性差异;通过叶片内无机元素的浓度与生境土壤中该元素浓度的比值比较,发现Pb和Ti两种元素的叶片内浓度与生境土壤中浓度比值存在显著差异.

蒙古沙冬青根围丛枝菌根和深色有隔内生真菌的空间分布

为探明蒙古沙冬青根围丛枝菌根（arbuscularmycorrhiza，AM）和深色有隔内生真菌（darkseptateendophytes，DSE）的空间分布，有效利用AM和DSE真菌资源，促进沙漠植被恢复和生态重建，选取内蒙古磴口、乌拉特后旗、阿拉善左旗和乌海4个样地，分别从蒙古沙冬青（AmmopiptanthusmoTl-golicus）根围0～10cm、10～20cm、20～30cm、30～40cm和40～50em5个土层采集土样，研究了AM和DSE真菌的定殖和分布规律。结果表明：沙冬青根系能被AM真菌高度侵染成I一型（Intermediatetype）丛枝菌根，并与DSE形成良好的共生关系，样地问AM真菌定殖率普遍高于DSE。乌拉特后旗DSE定殖率和孢子密度高于其他样地，孢子密度在4个样地随土层加深而降低，最大值均在0～10cm土层，AM真菌泡囊最高定殖率出现在0～20em土层。DSE定殖率除磴口10～20em土层显著高于40～50cm土层外，其他样地土层间均无显著差异。AM真菌孢子密度与土壤有机质、碱解氮、脲酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶极显著正相关；AM真菌泡囊定殖率与碱性磷酸酶、脲酶和酸性磷酸酶显著负相关；AM真菌丛枝定殖率与脲酶和酸性磷酸酶显著负相关；AM真菌菌丝定殖率除与速效磷呈正相关外，AM真菌菌丝和DSE定殖率与其他土壤因子均无显著相关性。经通径分析，土壤有机质直接影响DSE定殖率，碱解氮、速效磷间接影响DSE定殖率。

蒙古沙冬青子叶节诱导培养再生植株的研究

[目的]建立蒙古沙冬青子叶节丛生芽再生体系。[方法]以蒙古沙冬青子叶节为外植体,研究种子萌发培养基中6-BA浓度、子叶节萌发天数、丛生芽诱导的基本培养基及6-BA浓度对丛生芽诱导的影响和外源激素对丛生芽伸长及生根的影响。[结果]表明:(1)添加6-BA的萌发培养基与不添加的相比能够显著促进子叶节的生长及子叶节丛生芽的诱导,且6-BA浓度在2.0 mg·L-1时,诱导率最高可达73.3%,平均芽数2.26个;(2)种子萌发天数对子叶节丛生芽的诱导有显著影响,萌发7 d的子叶节丛生芽诱导率最高,诱导率为74.7%,但与萌发9、11 d的子叶节丛生芽诱导率差异不显著;(3)MS和B5培养基对丛生芽诱导的影响差异不显著,但B5抑制褐化的效果显著好于MS;(4)采用1.0 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1IAA激素组合有利于丛生芽伸长,伸长率为60.5%;(5)不同浓度生长素组合均能促进丛生芽幼苗生根,1.0 mg·L-1IBA生根率最大,生根数最多。[结论]最佳蒙古沙冬青子叶节丛生芽再生体系为:以在MS+2.0 mg·L-16-BA培养基中黑暗培养7 11 d的幼苗子叶节为外植体,在B5+1.0mg·L-16-BA培养基中诱导丛生芽,待丛生芽长约0.3 0.5 cm后,转入B5+1.0 mg·L-16-BA+0.3 mg·L-1IAA培养基中进行伸长培养,当丛生芽伸长至2 3 cm时,单株切下转入1/2 B5+1.0 mg·L-1IBA培养基中生根,该体系与愈伤组织培养相比能缩短培养时间,改善褐化严重、玻璃化等问题,可为蒙古沙冬青的扩繁及进一步开展遗传转化奠定基础。