水分胁迫下发草(Deschampsia caespitosa)叶片脯氨酸及其代谢产物变化

以发草(Deschampsia caespitosa)为供试材料,通过盆栽模拟水分胁迫,研究重度干旱、中度干旱、轻度干旱、植物正常需水量(对照)、轻度水涝、中度水涝、重度水涝处理下发草叶片脯氨酸(Pro)积累状况及其代谢途径中底物、中间产物和关键酶的动态变化,以期从脯氨酸代谢途径对发草抗旱/涝机理进行初步探讨。结果显示,干旱和水涝胁迫前期发草叶片Pro含量显著升高,谷氨酸(Glu)和鸟氨酸(Orn)含量显著下降,Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸合成酶(P5CS)活性、鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)活性、Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸还原酶(P5CR)活性均显著增强,而脯氨酸脱氢酶(ProDH)活性显著降低,表明干旱和水涝胁迫前期发草叶片通过脯氨酸合成代谢的加强和分解代谢的抑制共同积累脯氨酸,以缓解干旱和水涝胁迫产生的危害,Glu途径和Orn途径协同作用于叶片脯氨酸合成代谢过程。中度、轻度干旱和轻度水涝处理21 d后Pro含量趋于稳定,持续21 d的重度干旱处理和持续28 d的重度水涝处理时发草死亡,共同显示了发草对水涝和干旱具有较强的耐受性。结论为高寒沼泽湿地旱涝“共耐性”植物的研究提供理论基础,同时为利用发草开展退化高寒沼泽湿地植被恢复提供科学依据。

温度对高寒地区发草种子萌发和幼苗生长的影响

为探讨温度对发草(Deschampsia caespitosa)种子萌发的影响,本研究以采自青海省和四川省5个地理种群的发草种子为研究对象,研究温度对发草萌发、幼苗生长特性影响及预测发草萌发的温度阈值。结果表明:25℃是发草萌发的最适温度。四川省松潘县牟尼乡的发草种子发芽基本温度(1.84℃)明显高于其它4种发草种子萌发的基本温度(-8℃~-5℃);其萌发最适温(23.06℃)明显低于其它4种发草种子萌发的最适温(25℃~26℃);萌发最高温(41.1℃)显著低于其它4种发草种子萌发最高温(48℃~57℃)。同时,除四川省松潘县牟尼乡的发草种子外积温模型能准确预测供试发草种子在不同温度条件下种子萌发进程。由此可见,采集地的年均气温温度会影响种子萌发的可塑性。上述研究结果将为不同地理种群发草种质资源筛选、确定不同生境发草最佳播期及利用发草进行高寒退化草地生态修复提供理论基础。

发草栽培驯化研究初报

对果洛州玛沁县野生草种发草进行了驯化栽培的初步研究,结果表明∶发草在海拔高度3800m左右的果洛地区人工栽培条件下第2年起能完成整个生育期,生育天数为130d;栽培当年生长缓慢,第2年起生长迅速,第3年长势达到高峰,株高可达81.6cm,盖度达到98.0%,越冬率达到99.0%,干草产量和种子产量分别为4426.2kg/hm^2和482.8 kg/hm^2,表现出了良好的生态性能和栽培性能;发草叶量丰富,适口性好,适合刈牧兼用,喜潮湿地带生长,可作为高寒草甸(尤其是高寒沼泽草甸)退化草地植被恢复与重建的优良草种和先锋草种。

水分胁迫对发草种子萌发和幼苗生长的影响

水分是影响发草种子萌发和幼苗成功定植的主要限制因素,也是决定高寒退化湿地生态修复能否成功的关键所在。基于此,本研究以青海省和四川省5个地理种群发草(Deschampsia caespitosa)为研究对象,采用不同PEG浓度溶液模拟水分胁迫环境,测定不同采集地发草发芽率、发芽指数、幼苗高度及胚根长度。结果表明:随水分胁迫程度增加,发草种子发芽率、发芽指数、幼苗高度和胚根长度不断降低。水涝(年均降水量860 mm)或干旱(年均降水量150 mm)条件抑制发草种子的萌发和幼苗生长,而湿生条件(年均降水量400~800 mm)是发草种子萌发和幼苗建植的理想环境。水势模型能准确预测发草种子在不同水势条件下种子萌发进程,预测结果与实测种子发芽率一致。由此可见,水分条件对发草种子萌发和幼苗生长具有可塑性,可为发草在高寒退化湿地生态修复和人工引种驯化提供基础数据。

黄河源区发草适生地植物群落特征及其土壤因子解释

本研究以黄河源区发草作为研究对象,通过生境地植物群落物种结构组成、多样性分布、土壤理化特性等调查,采用相关分析和RDA排序法分析了黄河源区玛沁县5个发草适生地植物群落多样性特征和土壤影响因子及其关系,以期揭示影响发草种群在复杂多样高寒沼泽异质生境中适应性的关键环境因子。结果表明:1)不同发草适生地植物群落结构、组成和多样性指标明显不同,菊科、禾本科、莎草科、毛茛科、龙胆科和玄参科物种为发草适生地常见物种;2)不同发草适生地之间在土壤氮(N)、磷(P)、碳(C)、有机质(SOM)、土壤水分含量(W)和pH上也具有显著差异;3)发草适生地植物群落中发草的盖度、株高、生物量和重要值与群落物种丰富度、Simpson优势度指数、Shannon-Wiener指数、P和W呈显著负相关,与Alatalo均匀度指数、pH值呈显著正相关。研究结果表明发草更加适应低P、湿润偏中生的土壤环境,而随着群落中物种丰富度的增加发草在群落中的重要值显著下降则说明发草具有部分的先锋种特性,显示了利用发草修复和治理退化草地的可能潜力。

水分逆境对发草脯氨酸及其代谢途径的影响

本研究以发草为研究对象,通过盆栽模拟水分胁迫,研究干旱、水涝胁迫下发草地上部分及根系中脯氨酸(Pro)积累状况及其代谢途径中底物、中间产物和关键酶的变化。结果显示:1)干旱胁迫和水涝胁迫均使发草Pro含量显著升高(P<0.05),相同的水分处理下发草地上部分及根系中Pro含量相差不大。2)干旱胁迫和水涝胁迫下,发草地上部分和根系中谷氨酸(Glu)含量均显著下降(P<0.05),相同的水分处理下根系中Glu含量大于地上部分。水分胁迫使发草地上部分的鸟氨酸(Orn)含量显著下降(P<0.05),而根系中Orn含量没有显著变化。同时,干旱胁迫和水涝胁迫下,发草地上部分和根系中Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸合成酶、鸟氨酸转氨酶(δ-OAT)、Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸还原酶的活性均显著增强(P<0.05),且地上部分δ-OAT活性强于根系。另外,Δ^(1)-吡咯琳-5-羧酸脱氢酶和脯氨酸脱氢酶活性显著降低(P<0.05)。研究结果表明发草通过积累Pro缓解干旱和水涝胁迫,地上部分Pro的积累是Glu途径和Orn途径协同作用的结果,但根系中Pro的积累以Glu途径为主。

播种行距和播量对发草生产性能的影响

在田间试验条件下,设置了4个播种量(4.5 kg·hm^(-2)、7.5 kg·hm^(-2)、10.5 kg·hm^(-2)和13.5 kg·hm^(-2))和2个种植行距(15 cm和30 cm)共8个处理,通过连续2年测定发草种子产量和牧草产量,研究分析不同行距和播种量对发草生产性能的影响。结果表明,行距和播种量对发草种子产量和牧草产量均有显著的影响,在一定范围内种子产量和干草产量随播种量的增加呈现先增加后减小的趋势,且在行距30 cm、播种量10.5 kg·hm^(-2)种植条件下牧草产量相对较高,可达4124.2 kg·hm^(-2);而种子产量在行距30 cm、播种量7.5 kg·hm^(-2)配置下较优,可达465.6 kg·hm^(-2)。