温暖化加剧青藏高原高寒草甸土非生长季冻融循环

在2013年10月至次年4月,首次利用微根管直接观测和土壤温度间接观测相结合的方法,研究增温对青藏高原高寒草甸土壤冻融循环过程的影响。结果显示:1)全年增温和冬季增温均显著增加非生长季5,10,20 cm的土壤温度,而且冬季增温处理下的5~20 cm土壤非生长季月平均温度比全年增温处理下的高0.01~0.18oC;2)全年增温和冬季增温显著降低了完全冻结期和冬春解冻期的冻土层厚度,而对秋冬始冻期的冻土层厚度没有影响;3)全年增温和冬季增温显著减少了完全冻结期的持续天数和增加冬春解冻期的持续天数,而对秋冬始冻期的持续天数没有影响;4)冬季增温比全年增温对冻土层厚度和冻融循环持续天数的影响更加显著。研究表明,在青藏高原高寒草甸气候温暖化的趋势下,非生长季土壤冻融交替天数的增加,可能会进一步对高寒地区的地下碳氮循环产生重要的影响。

多梯度氮磷添加对高寒草甸植物群落生物量与氮磷含量的影响

为研究不同梯度氮、磷单独及混合添加对高寒草甸植物群落生物量、植物养分含量及化学计量比的影响,本实验分析了青海省门源县典型高寒草甸植物群落地上总生物量,功能群水平地上生物量,植物全氮、全磷含量及氮磷比对多梯度氮、磷添加的响应情况。结果表明:氮、磷添加均对群落地上生物量影响极显著(P<0.001);氮添加对禾草类和豆科生物量影响极显著(P<0.001);磷添加对禾草类和莎草类生物量影响极显著(P<0.001);氮磷交互作用对豆科和莎草类生物量影响显著(P<0.05)。群落水平上,氮添加显著提高了植物全氮含量,对植物氮磷比(N∶P)有正效应,磷添加显著提高了植物全磷含量,对植物N∶P有负效应,植物全磷对N∶P的负效应大于全氮对N∶P的正效应。本研究表明氮、磷添加可能会使高寒草甸植物群落组成和植物养分含量发生改变,植物群落逐渐向禾草类发展;此外,高寒草甸植物生长趋向于受氮磷共同限制。

高寒灌丛建群种高山绣线菊的低温适应转录组信息分析

利用高通量测序技术对高山绣线菊叶片进行转录组测序,获得的转录组数据可用来进行拼接、功能注释、表达水平及差异等分析。组装拼接后获得53892条Unigenes。与多个数据库进行比对后,31627条Unigenes成功注释到NR库;16166条基因注释到KOG数据库,共有26个子类;29111条注释到GO数据库,注释基因被分为分子功能、生物学过程和细胞组分3大类;3475条注释到KEGG数据库,涉及的代谢通路可归为四大类,分别是代谢相关通路、遗传信息处理、细胞过程及环境信息处理;此外,共统计到3条与低温胁迫代谢通路相关的主要途径,21条次生代谢途径,1168条Unigenes,涉及Unigenes数量最多的通路为碳代谢、氨基酸类的生物合成等。该研究旨在筛选高山绣线菊低温胁迫相关代谢通路,挖掘关键基因,对后续其适应低温胁迫分子机制的研究具有一定指导意义。

唐古特大黄ISSR-PCR反应条件的优化

利用单因素试验对影响唐古特大黄ISSR-PCR扩增的重要参数进行优化,以期建立其最佳反应条件。结果如下:20μL反应体系包括1.5×PCR buffer(15mmol/LTris-HCl,75mmol/LKCl),1.00mmol/LMgCl2,0.6UTaq DNA聚合酶,0.125mmol/LdNTP,0.5μmol/L引物和30ng模板DNA;引物UBC888适宜的退火温度为57.4℃。ISSR反应条件的建立为利用分子标记技术研究唐古特大黄居群遗传多样性奠定了良好基础。

增温对高寒草甸群落凋落物质量动态变化的影响

为了解未来增温条件下,青藏高原高寒草甸凋落物质量如何变化,将有助于增强对高寒草甸生态系统碳源/汇效应的认识。该文通过定位可控的增温试验平台,动态监测了凋落物生物量及其质量的变化。结果表明:增温显著地促进了凋落物的分解速率(F=35.757,P<0.001),降低了凋落物中的C、N含量及其C/N比,但提高了凋落物中的P含量;随着生长季的推移,增温显著增加了木质素含量及木质素/N的比例。说明未来增温条件下,高寒草甸生态系统的C、N循环过程将可能加快。

扁蓿豆MrLEA2基因的克隆和原核表达

从扁蓿豆(Medicago ruthenica L.)幼苗中克隆到一个编码晚期胚胎发生丰富蛋白的基因MrLEA2,Pfam数据库检索表明其编码产物属于LEA_2蛋白家族。半定量RT-PCR分析发现MrLEA2在幼苗中表达水平不受非生物胁迫(脱水、高盐和低温)和脱落酸诱导。利用MrLEA2基因构建原核表达载体,在大肠杆菌中实现了过量表达。通过斑点试验和菌落计数实验,对过量表达MrLEA2蛋白的大肠杆菌细胞在高盐(0.5mol/L NaCl和0.5mol/L KCl)、55℃高温和-20℃冷冻胁迫处理下的生长存活情况检测发现,MrLEA2蛋白过量表达能够明显提高大肠杆菌对上述胁迫的耐受性。研究表明,MrLEA2蛋白对高盐和温度胁迫引起的细胞损伤具有保护作用。

不同放牧率对内蒙古典型草原植物叶片解剖结构的影响

以内蒙古草原生态系统定位研究站15a长期放牧样地的7种主要植物(扁蓿豆、冰草、糙隐子草、冷蒿、小叶锦鸡儿、星毛委陵菜、羊草)为材料,通过对不同放牧率(无牧、轻牧、中牧、重牧)下植物叶片解剖结构(角质层厚度、表皮细胞面积、叶肉细胞面积、栅栏/海绵组织厚度、叶片厚度、中脉厚度)特征以及化学成分变化的研究,探讨不同植物对长期放牧的适应策略,从而为典型草原放牧演替规律提供理论依据。结果表明:总体上,植物角质层厚度随放牧率的增加而增加;而表皮细胞面积、叶肉细胞面积、叶片厚度等指标不同植物的反应不同。植物叶片化学成分(全N、全C、纤维素含量、叶绿素a+b及a/b)随放牧率的变化较小。放牧率对冰草、冷蒿、羊草的全C、全N、叶绿素和纤维素含量均没有显著影响(P>0.05),但却显著降低了糙隐子草的比叶面积及星毛委陵菜和小叶锦鸡儿的叶绿素含量,提高了糙隐子草的纤维素含量及扁蓿豆叶片的全N含量(P<0.05)。因此,不同植物对放牧的反应存在着明显的种间差异,其中植物角质层厚度、表皮细胞面积、叶片厚度和中脉厚度是植物对放牧响应最为敏感的指标。

不同材料无纺布覆盖对高寒生态修复草种生长特性的影响

通过探讨不同可降解无纺布对高寒地区常用生态修复草种生长特性的影响,以期能够筛选出在建植不同种类的生态修复草种时适用的无纺布材料。本研究于2019年5月,选取扁茎早熟禾(Poa pratensis)、冷地早熟禾(Poa crgmophila)、垂穗披碱草(Elymus nutans)、星星草(Puccinellia tenuiflora)和中华羊茅(Festuca sinersis)共5种常用的高寒生态修复草种,分别使用5种可降解无纺布(秸秆纤维、麻纤维和3种羊毛纤维)进行覆盖,监测草种的幼苗顶出、植株生长发育期的株高以及牧草的产量,并分析牧草品质(粗蛋白、粗脂肪、粗纤维等)。结果表明:1)秸秆纤维无纺布抑制了幼苗的顶出和生长,不适用于本研究中5种草种种植初期覆盖;2)麻纤维无纺布显著提高了扁茎早熟禾48.81%的植株高度以及中华羊茅16.59%的粗脂肪含量,却显著降低了垂穗披碱草32.73%的地上生物量以及中华羊茅14.88%的酸性洗涤纤维含量(P <0.05);3)白色厚羊毛纤维无纺布显著提高了5种牧草的植株高度(29.61%~133.70%)、地上生物量(除垂穗披碱草外,138.97%~1 023.24%),且显著提高了扁茎早熟禾9.11%的粗蛋白含量(P <0.05);4)褐色厚羊毛纤维无纺布显著提高了中华羊茅10.51%的粗蛋白含量(P <0.05);5)白色薄羊毛纤维无纺布显著提高了冷地早熟禾456.97%的地上生物量和垂穗披碱草17.41%的粗脂肪含量(P <0.05)。这对青藏高原"黑土滩"以及工程迹地等环境条件较为恶劣地区的植被恢复具有指导意义。

不同植被恢复措施下高寒沙化草地植被与土壤变化特征

草地沙化是青藏高原草地生态环境恶化的显著问题之一,为研究不同恢复措施对高寒沙化草地植被与土壤的影响,以沙化草地(DG)、人工草本恢复草地(AG)、人工灌丛恢复草地(AS)以及天然草地(NG)为研究对象,基于植被群落和土壤特征的变化及两者的相互关系,评价了不同人工植被恢复措施对高寒沙化草地22年的恢复效果。结果表明:(1)AG和AS分别使DG的地上生物量增加至109.21,1293.21 g/m^(2),但2种恢复措施的草本地上生物量均显著低于NG,而AG的植被群落物种丰富度比AS显著低31.48%(p<0.05)。(2)与DG的0—10 cm表层土壤相比,AG的土壤孔隙度、含水量、总碳和总氮含量分别显著提高7.94%,67.95%,22.09%和257.14%,AS的这些指标也分别显著提高6.41%,43.00%,17.18%和242.86%;但2种恢复措施的土壤碳氮养分含量均显著低于NG(p<0.05)。(3)AS和AG的土壤有机碳矿化总累积量分别比DG显著提高133.39%和116.96%,但均显著低于NG,2种恢复措施间无显著差异(p>0.05)。可见,人工植被恢复措施显著促进沙化草地植被以及土壤恢复,但灌丛恢复更有利于提高植被物种丰富度,而草本恢复更有利于增加沙化草地土壤水分。

不同材质可降解无纺布覆盖种植对高寒人工草地土壤碳氮磷化学计量特征的影响

为研究不同材质无纺布覆盖对高寒人工草地土壤碳氮磷化学计量特征的影响,选择5种常用生态修复草种,比较了5种可降解无纺布材料覆盖对其种植后土壤碳氮磷含量的影响。结果表明:白色厚羊毛纤维无纺布覆盖显著增加了星星草0~20 cm土层13.21%的土壤总氮和15.32%的有机碳含量;白色薄羊毛纤维无纺布显著增加了其0~20 cm土层15.25%的总氮含量以及10~20 cm土层6.78%的总磷含量;秸秆纤维无纺布显著增加了青海中华羊茅0~20 cm土层17.28%的有机碳、29.91%的总氮和11.47%的总磷含量。相关性分析表明,土壤有机碳、总氮、总磷与土壤平均温度和最低温度显著负相关,与土壤含水量显著正相关(P<0.05)。因此,无纺布覆盖主要通过影响土壤最低温度和含水量间接影响人工草地牧草的生长发育和对养分的吸收利用。

獐牙菜亚族植物的系统发育分析

獐牙菜亚族(subtribe Swertiinae)是龙胆科(Gentianaceae)中分类处理较困难的一个亚族。为探讨该亚族各属之间和属内的系统关系,选取了该亚族86种及变种,采用ML和BI方法对样本的叶绿体基因mat K和rbc L片段进行分析,构建了该亚族的系统发育树,用马尔科夫蒙特卡洛算法(MCMC)的分子序列贝叶斯分析推算了该亚族的关键演化时间点。结果显示:①龙胆亚族和獐牙菜亚族各自为单系,且互为姐妹类群;②獐牙菜属、假龙胆属、肋柱花属和喉毛花属均不是单系群,各属的种在系统发育树上互有交叉,特别是獐牙菜属的多个种分别聚到不同的支上,与其它属是并系关系;③獐牙菜亚族49个种在约4 Ma开始形成;④分子数据支持何廷农分类系统对于獐牙菜亚属和多枝亚属的属间划分,部分支持多枝亚属下多枝组和宽丝组的划分;⑤异型花属、獐牙菜属、假龙胆属、喉毛花和肋柱花属的属间分类以及獐牙菜属肉根亚属密花组的系统位置仍需进一步讨论。

青藏高原不同海拔藏药独一味转录组分析

为了研究独一味(Phlomoides rotata)在不同海拔生境下基因表达差异及响应机制,本研究基于NR、GO和KEGG等数据库进行差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs)的注释,以及功能富集分析,获得独一味的DEGs,以及关联的代谢通路,并对注释获得的药用基因进行系统发育分析。结果显示,不同海拔独一味的DEGs,主要富集到植物激素信号转导、氨基酸的生物合成、萜类等次生代谢生物合成途径。其中,有4个基因在低温胁迫响应中起关键作用;鉴定出3个P5βR基因,其中2个基因编码环烯醚萜合成途径中的关键酶。系统发育结果显示,P5βR基因亚家族聚为两个分支(P5βR clusterⅠ和P5βR clusterⅡ)。本研究在转录组水平上发现独一味主要通过多种代谢途径,以及关键基因的调控表达来适应青藏高原高海拔生境。本研究为独一味不同海拔适应机制及独一味耐寒育种提供了数据支撑,为P5βR基因亚家族和环烯醚萜类生物合成的研究奠定基础。

青藏高原退化草地恢复的制约因子及修复技术

分析了退化高寒草地恢复的主要制约因素,包括植物种源、土壤微生物、土壤养分和人文因素;提出了针对这些制约因素的退化高寒草地恢复的主要途径:(1)研发乡土草种子采集,扩繁、包衣等技术,不同乡土草种种子组配及免耕补播技术,解决种源制约;(2)筛选适用于退化草地恢复的复合微生物菌种并研发菌剂,解决退化草地恢复的微生物制约;(3)研发以土壤养分调控为基础的植被恢复技术,解决退化草地恢复的土壤制约;(4)构建基于牧民新技术应用的草地适应性管理模式。分析认为,基于乡土草种、微生物、养分调控为主的物源途径的“近自然恢复”,有潜力成为青藏高原退化草地恢复的有效措施。