[00128935]基于稳定同位素技术的荒漠植物白刺的水分利用策略研究

1.项目来源与背景 “基于稳定同位素技术的荒漠植物白刺的水分利用策略”是甘肃省荒漠化与风沙灾害防治重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地于2016年下达的开放基金,项目编号为：GSDC201502,承担单位为甘肃省治沙研究所,执行年限为：2016.1-2018.12。 2.研究目的与意义 荒漠植物对环境水分变化的响应与其水分利用策略紧密相关。本项目选择在民勤生态系统定位观测研究站附近设立研究样地,通过测定4～9月白刺的茎水以及潜在水源（降水、不同深度的土壤水和地下水）的δ18O、δD值,对比白刺茎水稳定同位素随着环境水分变化的水分来源的季节差异。通过测定4～9月白刺叶片的渗透调节物质、抗氧化物质、质膜伤害度指标、光合生理、水分生理等的变化,分析白刺对干旱胁迫的生理适应性变化。本项目拟为荒漠植物在水分胁迫下的抗旱机制、生理生态适应机制以及水分利用策略研究提供理论支持,同时也对干旱区极端环境下植被恢复和人工生态系统建立具有一定的科学参考价值。 3.主要论点与论据 （1）不同生长季节白刺叶片的生理生态变化 白刺在干旱胁迫下主动积累脯氨酸、可溶性糖类等相溶性溶质,通过降低水势、维持膨压来抵抗体内水分散失。同时调控K+运输系统,主动积累K+。Na+也可通过高亲和性K+运输通道进入细胞,K+、Na+共同参与调节渗透压,增强植物抗旱性,在干旱胁迫下维持植物细胞正常的生理功能。 （2）不同生长季节不同水源对白刺茎水δ18O值的贡献 因项目区地下水埋深太深,难以被植物利用,所以将表层土壤水、浅层土壤水、中层土壤水、深层土壤水以及降水作为白刺的5个水分来源,通过IsoSource软件估算不同生长季节不同水源对白刺茎水δ18O值的贡献。结果显示：不同季节白刺的水分来源变化较大,在白刺的主要生长季节中,土壤水或者降水是其主要水分来源,而土壤水一直在其中占据很重要的地位。 4.创新点 （1）白刺在干旱胁迫下主动积累脯氨酸、可溶性糖类等相溶性溶质,同时调控K+运输系统主动积累K+和Na+,共同参与调节渗透压,增强植物抗旱性,维持正常生理功能。 （2）白刺茎水氧氧稳定同位素的日变化很小,说明白刺的水分来源几乎没有日变化。 （3）不同季节白刺的水分来源变化较大,土壤水或者降水是白刺的主要水分来源;而在白刺的主要生长季节中,土壤水一直占据很重要的地位。 5.社会经济效益和存在的问题 社会经济效益：一方面,本研究揭示了白刺在干旱高温和严重风蚀沙埋的恶劣环境下的生理生态适应和水分利用策略,可为荒漠植物在水分胁迫下的抗旱机制、生理生态适应机制以及水分利用策略研究提供理论支持。另一方面,本项目的研究结果也可以为干旱区极端环境下植被恢复和人工生态系统建立提供一定的科学参考价值。 存在的问题：（1）由于开放基金经费已经超额,后面没有补充足够的实验。另外开放基金经费非常有限,因此使得一些预设的实验没有能够完成。（2）由于实验室的碳同位素仪出现故障返回美国原厂维修,因此部分实验数据分析未完成。 6. 历年获奖情况 无 7.成果简介 项目通过测定6～9月白刺叶片水分生理、光合生理、代谢生理等指标的变化,研究了白刺对干旱胁迫的生理适应性变化。结果表明白刺在干旱胁迫下主动积累脯氨酸、可溶性糖类等相溶性溶质,通过降低水势、维持膨压来抵抗体内水分散失;K+、Na+共同参与调节渗透压,增强植物抗旱性,在干旱胁迫下维持白刺的正常生理功能。项目通过IsoSource软件估算了不同生长季节不同水源对白刺茎水δ18O值的贡献,结果显示土壤水或者降水是白刺的主要水分来源,而土壤水一直占据很重要的地位。本项目已发表3篇SCI论文。