中国科学院吐鲁番沙漠植物园与清华大学联合开展荒漠化治理中的新材料应用研究

2009年3月14日上午，新疆维吾尔自治区人民政府在北京与清华大学共同举办了人才战略和科学发展论坛。作为此次论坛重要内容之一的”新疆维吾尔自治区与清华大学科技合作项目对接会”在清华大学中央主楼接待厅隆重举行。

干旱区植物种质资源保育及伊犁-吐鲁番国家植物园建设构想

【意义】伊犁-吐鲁番国家植物园是中国唯一一个处于温带大陆气候的植物园,具有独特的地域和生物多样性特点,是干旱区荒漠植物收集、引种、保育的宝库。干旱区内独特且丰富的抗逆生物种质资源,是国民经济可持续发展的重要资源,也是联合国《生物多样性公约》生物多样性保育的重点区域。广泛收集保育干旱区野生植物种质资源并进行有效迁地保育,对保障全球生物资源安全有重要意义。【分析】国家植物园体系在考虑国家重大战略、主要气候类型与典型植被区划特点、生物多样性热点地区、服务经济社会发展需要等因素后,依据国家代表性、保护系统性、社会公益性、管理可行性等准入条件,将伊犁-吐鲁番国家植物园纳入国家植物园体系布局。因此,按照国家植物园体系的主要建设任务,整合中国科学院新疆生态与地理研究所在新疆已建的伊犁植物园及吐鲁番沙漠植物园,建设伊犁-吐鲁番国家植物园,是构建干旱区植物迁地保育体系的必然要求。【展望】伊犁-吐鲁番国家植物园旨在构建干旱区植物迁地保育体系,建设集生态保护、物种保育、科学研究、开发利用、实验示范、科普教育和旅游观光为一体的世界最大的综合性干旱区植物园。为实现中国生物多样性保护目标和建设美丽中国奠定基础,并为中国“一带一路”倡议实施提供科技支撑及中国方案。

古尔班通古特沙漠及周缘52种植物种子的萌发特性与生态意义

对古尔班通古特沙漠及其周缘52种植物种子的萌发特性进行比较,以探讨该地区植物的不同萌发对策及其生态适应意义。结果发现:萌发率80%以上的有11种,小于20%的有22种,7种未萌发;萌发开始时间为1 3d的有37种,大于10d的有2种;萌发持续时间为1 7d的有10种,大于22d的有14种;达50%萌发率的时间为1 7d的有17种。主成分分析(PCA)和聚类分析结果表明,52种植物可划分为4种萌发类型:爆发型、过渡型、缓萌型和低萌型,这可能与生境土壤中水分存在差异有关;木本植物的萌发率显著高于非木本植物,暗示木本植物的高萌发率保证植物能够快速占领空间和资源,增加竞争优势,而非木本植物,尤其是1年生植物表现低的萌发率,是植物生存的一种风险分摊策略。

几种沙漠地区野生药用植物资源及其引种栽培

几种沙漠地区野生药用植物资源及其引种栽培尹林克（中国科学院吐鲁番沙漠植物园，新疆吐鲁番８３８００８）Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｓｐｅｃｉｅｓｏｆｗｉｌｄｍｅｄｉｃｉｎａｌｐｌａｎｔｓｉｎｄｅｓｅｒｔｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｒｉｎｔｒｏｄｕ...

柽柳属植物抗旱性能研究及其应用潜力评价

柽柳属植物普遍具抗旱性能,以沙生柽柳为最强。作者从生物生态学特性、水分生理状况及抗水分胁迫的生理机制3方面系统地探讨了柽柳属植物抗旱机制。柽柳叶、营养枝及根、茎的解剖结构均表明,柽柳已形成了一系列适应于干旱环境的旱性器官。柽柳抗旱性能越强,则水势越低,持水力越强。当缓慢水分胁迫时,柽柳体内有脯氨酸、可溶性糖、K+、Na+的主动积累,共同参与渗透调节。对柽柳抗旱性能的应用潜力进行了评价,指出柽柳是优良防风固沙树种,其柽柳包的"年轮"对揭示当时的生态环境及荒漠环境演变有一定的指示作用。仅分布于流沙地区的沙生柽柳可作为沙漠中的"水源标记"。柽柳具优良的抗逆基因,通过基因工程克隆柽柳抗逆基因并转移到作物和牧草中,必将在维护生态安全、改造生态环境的同时,获得显著的经济效益。

国产柽柳科3属6种植物营养枝的解剖观察

对国产柽柳科3属6种植物(琵琶柴、沙生柽柳、山川柽柳、多枝柽柳、刚毛柽柳、疏花水柏枝)营养枝解剖结构的比较研究表明:其当年生营养枝在表皮是否具毛、皮层细胞的形态结构、维管束排列方式、形成层的发生、髓部面积及内含物等性状上存在差异,并根据这些差异列出了分属检索表。所选6种植物生态型各不相同,其中琵琶柴为地带性超旱生小半灌木,柽柳为非地带性的潜水性旱、中生灌木,疏花水柏枝为湿、中生灌木。通过比较这6种植物的解剖结构,发现随着生境由湿生向旱生变化,营养技解剖结构也发生了相应的变化,并与生境形成了良好的适应。

乌鲁木齐市周边荒山植物群落类型及其物种多样性

采用典型样地法对新疆乌鲁木齐市周边雅玛里克山、乌拉泊群山、焦化山、骑马山和雪莲山的自然植被类型及其物种多样性进行了研究。结果表明,研究区自然植被总体可划分为荒漠、灌丛、草原、草甸、沼泽、落叶阔叶林6大植被型组,植物群落类型有19种;其中荒漠、灌丛、草原植被的Shannon wiener指数(H)为(0.92002～2.51113),与温带植被相比,相对较低,反映了荒山植被不稳定性和所处生态环境的严酷性。均匀度高的植物群落,其多样性指数也越高,群落也越稳定。不同荒山的小蓬(Nanophytonerinaceum)单优势荒漠的盖度越大,其重要值往往也大,但其均匀度和Shannon wiener指数(H)却小。

柽柳科柽柳属的植物地理研究

柽柳属是典型的旧世界温带分布属。对柽柳属 3组 6 8种的分布进行了分析 ,发现本属 3个频度分布中心依次为伊朗 -吐兰区的西亚亚区 (30种 3组 ,其中特有种 13种 ) ,中亚亚区 (2 0种 2组 ,其中特有种 6种 )和地中海区 (12种 3组 ,其中特有种 6种 )。由于伊朗-吐兰地区的西亚亚区存在本属最多的组与种、特有种多且可以见到柽柳属系统发育系列 ,因而认为该亚区是现存本属植物的现代分布中心和分化中心。地中海地区包含的组、种数仅次于伊朗 -吐兰区 ,并且特有种为 6种 ,带有新特有种的性质 ,全是系统发育上相对年轻、进步的类型 ,被认为是本属的一个次级分布中心 ,另一个次级分布中心在中亚亚区 ,尤其是中国西北干旱地区。根据柽柳属植物的现代地理分布、化石资料及地质历史资料 ,推测柽柳属起源于古地中海热带成分盛行的早第三纪始新世 ,具有起源古老的性质 ,并且随着晚第三纪古地中海的退缩、气候逐渐干旱而得到进一步发展 ,产生许多新的以温带成分为主适应旱生环境的现代柽柳属种类。柽柳属起源之后 ,首先繁衍、散布到以伊朗为中心的现代分布中心 ,其后以伊朗为廊道向西、向东扩散 ,在地中海沿岸、东非、阿拉伯半岛、非洲西南部及亚洲中部的荒漠地区得到发展。

中国特有植物艾比湖沙拐枣(Calligonum ebi-nuricum)居群内果实性状的变异

以中国荒漠特有植物艾比湖沙拐枣(Calligonum ebi-nuricum)果实形态特征为研究对象,对分布于原产区的同一居群12个样株的果实进行形态特征比较研究。通过每株30粒果实的喙长、果实长度、果实宽度、果实形状、瘦果长度、瘦果宽度、瘦果形状、刺毛长度、头部刺毛长度、两肋间距、两刺间距11个性状指标的数值分析表明:在株内与株间均有变异,株间果实性状变异较株内果实性状变异大;代表果实和瘦果大小指标正相关性极显著(p<0.01);两肋间距与瘦果形状呈负相关(r=-0.297**,p<0.01)。研究结果证明:其果实形状和瘦果形状(长度、宽度及长宽比)较为稳定,可作为艾比湖沙拐枣的分种依据,而其它果实性状可塑性较大,只能作为分类的参考。该研究结果可供沙拐枣属其它种的准确分类参考。

耐旱苔藓植物DNA提取及优化RAPD、ISSR反应体系的建立

耐旱苔藓植物常常单个个体矮小、生物量低,如何从细小的单个个体中有效提取总DNA是进一步开展居群遗传多样性研究的关键。本研究以古尔班通古特沙漠广泛分布的刺叶墙藓(Tortula desertorum)为对象,使用快速提取法、2×CTAB法及DNeasy plant mini kit试剂盒提取法等3种方法对刺叶墙藓单个个体的总DNA进行提取。结果表明,2×CTAB法提取的DNA纯度高,凝胶电泳显示无明显降解现象,适宜作为PCR扩增的模板。利用所提取的单个个体DNA为模板,建立了优化的RAPDI、SSR反应体系。

荒漠植物准噶尔无叶豆结实、结籽格局及其生态适应意义

连续2 a采用野外记录的方式对荒漠植物准噶尔无叶豆的结实、结籽格局进行了比较研究。结果表明:植株内花序生成格局表现为不同大小的花序在总花序中的比重与其结实率存在显著正相关,其中含有中等花数目的花序所占的比重及其结实率均最高,此种分布格局能够最大程度的保证繁殖成功;果序内果实生成格局表现为单花着生位置(从近柄端算起)与其结实量占总结实量的比例成线性负相关,花序基部的结实比例最高,顶部结实比例近为0;荚果内种子生成格局表现为:中间位置的胚珠败育率最低。另外,年际间荚果内仅有(1.08±0.03)粒和(1.07±0.03)粒种子能够完全成熟,此种结籽格局是准噶尔无叶豆保证后代质量的最佳策略。

天山野果林种子植物区系分析

天山野果林现存于中亚和我国西部山地,植物多样性丰富。根据野外调查以及已有收集资料,统计天山野果林及其附近的种子植物,以此为基础展开种子植物区系分析。研究表明:天山野果林的野生种子植物有849种,归属于330属75科;优势科为菊科(Compositae)(43属,91种),蔷薇科(Rosaceae)(23属,125种),禾本科(Gramineae)(25属,50种)、十字花科(Brassicaceae)(20属,32种)、忍冬科(Caprifoliaceae)(3属,21种)、豆科(Leguminosae)(17属,47种)、毛茛科(Ranunculaceae)(10属,33种)、百合科(Liliaceae)(7属,32种)、唇形花科(Lamiaceae)(21属,45种)、蓼科(Polygonaceae)(5属,22种)、伞形科(Umbellales)(15属,24种)等11科,表征科为蔷薇科(Rosaceae)、忍冬科(Caprifoliaceae)和毛茛科(Ranunculaceae)等3科;优势属为蔷薇属(Rosa)(27种)和忍冬属(Lonicera)(17种),表征属为蔷薇属(Rosa)。天山野果林植物区系地理成分复杂,划分为15个分布区类型和15个变型,以温带分布的科属为主,分别占野果林总属数的62.16%和69.62%(除去广布种),仅有1个中国特有属。

根茎型木本克隆植物准噶尔无叶豆的种群数量动态

根据根茎型木本克隆植物的特征,不以种群的分株数量代表种群大小,而尝试以不同茎级的根茎长度代表种群大小,运用种群静态生命表、存活曲线、生殖力表和Leslie矩阵模型,研究了准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum)的两个种群——A种群(46°31.09′N,88°33.06′E,紧邻乌伦古湖)和B种群(46°28.07′N,88°33.07′E,位于沙漠腹地)的种群数量动态。结果表明:种群存活表现为Deevey-I型。A种群在中龄阶段受到的人为干扰较大,死亡率出现高峰,种群的净增长率(R0)、内禀增长率(rm)和周限增长率(λ)较低,表现为衰退型种群,Leslie矩阵模型的模拟结果表明,15a内种群呈现下降趋势;B种群所受到的压力主要是干旱贫瘠的荒漠环境所导致的系统压力,种群的R0、rm和λ值适中,表现为缓慢增长型种群,Leslie矩阵模型的模拟结果表明,15a内种群呈现先下降、再上升的趋势。此外,研究结果验证了Leslie矩阵模型可以扩展应用到根茎型木本克隆植物这类特殊生活型植物的种群数量动态研究上。

准噶尔盆地柽柳科植物生物多样性及保护对策

从遗传、物种、群落、生态系统四个层次讨论了新疆准噶尔盆地柽柳科植物生物多样性特征、组成、结构、空间分布规律 ,分析了准噶尔盆地柽柳科植物多样性受破坏的自然因素和人为因素。以现代保护生物学理论为根据 ,提出新疆准噶尔盆地柽柳科植物生物多样性的保护战略和措施。

沙拐枣属植物同化枝和子叶的解剖学研究

采用石蜡切片技术,对相同生境下的戈壁沙拐枣、柴达木沙拐枣和英吉沙沙拐枣的子叶,及中国特有种柴达木沙拐枣、塔里木沙拐枣、阿拉善沙拐枣和英吉沙沙拐枣同化枝的横切面解剖结构进行观察研究。结果显示:(1)3种沙拐枣子叶均为全栅等面叶;表皮为单层细胞,上下表皮均分布气孔,栅栏组织以内为一圈连续排列的维管束鞘细胞;中脉和小叶脉排列近似M型,包埋于薄壁细胞中。(2)塔里木沙拐枣同化枝的保护组织、栅栏组织较发达,英吉沙沙拐枣同化枝机械组织和输导组织较为发达,阿拉善沙拐枣同化枝的栅栏组织较为发达,相比较柴达木沙拐枣同化枝的保护组织、机械组织和输导组织最不发达。(3)柴达木沙拐枣和英吉沙沙拐枣中子叶与同化枝的横切面各组织分布相似,主要差异为横切面形状、维管束排列方式和机械组织发达程度。研究表明,子叶与同化枝的解剖结构是该属植物在干旱环境下长期适应的结果,解剖结构的差异体现了种间、器官间对相同环境的不同适应策略。

中国温带荒漠区的植物多样性及其易地保护

荒漠植物多样性研究及其保护是生物多样性保护的重要组成部分。中国荒漠区植物种类贫乏(约1000余种),分布稀疏,生物量小,起源古老,地理成份复杂(有14个地理分布型),特有成份多(80余种),珍稀濒危植物种类相对较多(50～60种),在荒漠气候和特殊的土壤基质条件下,形成了多种生态型和特殊的生活型,为荒漠植物多样性易地保护提供了可能性和必要性。处于亚洲荒漠区的吐鲁番沙漠植物园的研究工作,正从传统的植物引种驯化和经济植物栽培,向荒漠区系植物多样性保护领域转移,现园内保存的荒漠区系植物成份已达42.2%,特有种和珍稀濒危植物也占相当比例。长期适应荒漠环境的各类植物具有多种多样的抗逆性基因,因而有着潜在的开发利用前景。

氮添加对荒漠草原一年生短命植物根系形态特征的影响及其生物量特征关系

氮沉降增加对陆地生态系统产生了巨大的影响,荒漠生态系统相比于其他生态系统更为脆弱,对氮沉降响应更加敏感。本研究以小车前(Plantago minuta)、小花荆芥(Nepeta micrantha)和毛穗旱麦草(Eremopyrum distans)3种荒漠一年生短命植物为研究对象,设计5个氮添加处理,研究根系性状和地上、地下生物量对氮素增加的响应。结果表明:1)1.5、3、6、12 g·(m^2·a)^−1浓度的氮添加对3种植物根系形态特征均具有显著影响(P<0.05)。2)1.5、3、6 g·(m^2·a)^−1浓度的氮添加显著增加了3种荒漠短命植物地上、地下生物量(P<0.05),12 g·(m^2·a)^−1浓度的氮添加会抑制小车前、小花荆芥的生物量积累,而对毛穗旱麦草无显著抑制作用(P>0.05)。3)3种短命植物地上、地下生物量特征与植物根系形态特征间存在相关关系,不同直径根系特征与地上、地下生物量间的相关性存在差异,且不同物种间也存在较大差异。因此,荒漠地区氮沉降持续增加可能改变短命植物生存策略,进而对短命植物层片结构产生影响。

沙生灌木沙漠葳区域栽培试验

在吐鲁番、敦煌、民勤和天水4个地区进行了连续4年的沙漠葳〔Chilopsis linearis(Cav.)Sweet〕引种栽培试验,结果表明:沙漠葳是嗜热喜光的阳性树种,在吐鲁番生长表现良好,苗高、地茎、冠幅、主根长及侧根数等指标远高于其他试验区,苗高的年平均生长量可达2.26 m,是其他3个试验区的3倍以上,2年生苗即可正常开花结实;在敦煌和民勤地区,沙漠葳能开花但种子不能成熟,植株生长量小,且受冬季低温和初春大气干旱的危害严重;在天水地区沙漠葳生长表现较好并能越冬存活,但不能正常开花结实。沙漠葳的营养生长与年均温度和≥10℃有效积温呈显著正相关,相关系数分别达0.986 8和0.992 1,而与日照时数和相对湿度的相关性不显著。

北疆地区同域分布的沙拐枣属植物是否存在杂交初探

杂交问题一直是沙拐枣属植物分类的核心问题。本文通过对自然生境和植物园的开花物候观测,人工授粉杂交实验以及花粉管荧光显色实验来探讨同域分布的沙拐枣属植物是否存在杂交,结果显示:同域分布种间均存在花期重叠;人工杂交授粉坐果率极低,且无法正常萌发,花粉管荧光显微观察实验表明杂交花粉能在柱头上萌发,但是花粉管不能伸长到子房。综上实验结果表明,种间配子亲和性很低,既存在合子前隔离,又存在合子后生殖隔离,认为该属不存在杂交。开展此项研究对于了解同域分布沙拐枣属植物间的隔离分化具有重要意义;为该属不存在杂交提供有力证据,也为该属的分类研究开拓了新的思路。

中国柽柳属植物的分支分类研究

选取生长习性、植物形态、解剖结构、花粉特征以及种子微形态特征等共 6 6个性状 ,采用简约法对国产柽柳属 1 6种植物及外类群红砂Hololachnesongarica进行分支分析 ,并用靴带检验法 (Bootstrap)计算内部分支的支持率。分支图表明 ,国产柽柳属植物分为 4个分支 ,分别属于Baum (1 978)所划分的组I及组II中不同的系 ,从一个侧面说明基于经典分类所划分的组是比较自然的 ,同意Baum的属下分类系统。同时 ,基于分支分类结果并结合分子证据 ,对国产柽柳属属间亲缘关系及有争议种的分类学地位进行了探讨 ,认为甘蒙柽柳是独立于中国柽柳的种 ,多花柽柳是独立于多枝柽柳的种 ,盐地柽柳是刚毛柽柳的变种 ,而叶抱茎呈鞘状的沙生柽柳和莎车柽柳系统学关系很近 。