[00150534]锦鸡儿属三个替代近缘种对环境变化的生理生态特征比较

1、项目来源 国家自然科学基金（地区项目）：锦鸡儿属三个替代近缘种对环境变化的生理生态特征比较（31260166）。 2、研究目的与意义 气候变化已成为全球严重的环境问题之一,研究气候变暖及其连锁效应对植物的影响是目前科学研究的热点。干旱和半干旱地区对气候变化更为敏感,全面了解该地区不同物种如何应对气候变化以及物种间这种能力的差异,对保护利用区域植物资源以及预测未来气候变化下植物生长和生存范围的变化至关重要。 锦鸡儿属对极端环境具有很强的适应性,是我国西北地区植被恢复、防风固沙和水土保持的先锋树种,也是优质的牧草资源,生态经济价值突出。在该属植物中,小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿起源于一个共同祖先,但它们在地理上存在自东向西明显的有规律的替代分布,分别是我国北方脆弱生态带的典型区域半干旱干草原、干旱荒漠化草原和草原荒漠化气候区的主要建群种。从草原区到荒漠区,降水量的递减,温度的递增,因而研究三个种对环境变化生理响应和适应差异,有助于从生理生态角度揭示物种的地理替代分布的内在机制,具有重要的生物进化意义。 因此,本项目以柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿为研究对象,利用现代生理生态学手段,结合野外试验、同质园实验和模拟实验,通过测定主要叶片特征如元素含量、碳同位素组成、气体交换、叶绿素荧光等以及生长等生理生态特征,系统研究三种锦鸡儿对环境变化,如温度升高、干旱及其交互作用的生理生态响应与适应差异,探讨物种间的响应差异与其地理替代分布的关系。 3、主要论点与论据 项目执行期以来,在柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡的主要分布区分别采集了13个种群,测定其叶片稳定碳同位素和化学计量特征,分析了三种锦鸡儿叶片特征变化与环境的相关性以及种间差异,阐明了物种表现特征差异与地理分布的关系;通过对野外环境和同质园环境下柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿叶片稳定碳氮同位素和化学计量特征与种源地气候因子相关性的比较分析,表明遗传因素和环境因素对三种锦鸡儿叶片性状地理变异的影响存在差异;通过对不同水分处理下柠条、中间和小叶锦鸡儿的生理生态特征比较分析,与中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿相比,柠条锦鸡儿对干旱环境的适应能力更强;通过比较柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿对干旱和温度升高交互胁迫的生理生态响应差异,综合表明三种锦鸡儿适应高温和干旱的能力大小为柠条锦鸡儿＞中间锦鸡儿＞小叶锦鸡儿。除此之外,项目还比较了毛乌素沙地自然环境下柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿的光合生理特性,以及在同质园环境下比较了不同种源中间锦鸡儿碳氮磷化学计量特征。对近缘种鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿根际微生物多样性对环境变化的响应也进行了初步研究。目前接收发表国内外研究论文9篇,其中SCI收录6篇。 4、成果的创新性、先进性 4.1 区域特色 本研究以西部地区是我国西北地区植被恢复和水土保持的先锋树种锦鸡儿属植物为研究对象,探讨柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿对环境变化的响应和适应差异,不仅能够从生理生态角度揭示三种锦鸡儿地理替代分布内在机制,而且能够筛选优良抗逆树种和保护与利用该地区植物资源以及受损生态系统的恢复重建的提供重要依据,具有鲜明的地域特色。 4.2 研究方法 本项目采用同位素分析技术、化学计量特征等现代生理生态学手段,结合野外观测试验、同质园试验以及控制试验,系统研究了三种锦鸡儿对环境变化,如温度升高、干旱及其交互作用的生理生态响应差异,并探讨三种锦鸡儿的特征表现差异与其地理分布的关系。 5、经济、社会、生态等效益 研究不同锦鸡儿属植物对环境的适应性差异,比较不同物种对干旱、高温等胁迫的耐受能力,为预测气候变化下物种适应性、优势抗逆物种筛选及林业生产实践提供重要的理论依据,促进退化生态系统恢复和绿洲农业发展,保障西部生态安全,同时能够为生态脆弱区提供优良牧草,促进畜牧业的发展,增加农民增收如。因此,该研究成果具有良好的社会效益和生态效益。 6、存在的问题 项目结合野外观测试验、同质园试验及控制试验,比较研究了三个近缘种对环境变化的生理生态响应特征及种间差异,较全面的揭示了三者地理替代分布生理生态学机制。但是,在项目执行过程中,还存在以下问题： （1）本研究仅从表观特征比较了三种锦鸡儿对环境胁迫的响应差异,缺乏从微观水平进行深入研究; （2）水分和温度控制试验应选取更多种群进行比较,结果将更加合理、准确; （3）研究表明相对于遗传因素和环境因素对叶片性状地理变异的影响存在差异,但是环境和遗传因素分别在多大程度影响物种和种群间叶性状的变异,则需要提供分子方面的研究证据。