羊草耐盐和抗牧的根茎整合和糖分子信号调控机制

Leymus chinensis is dominant species in Songnen grassland, due to overgrazing and land-use change, this species is greatly reduced. Field study has shown L. chinensis can grow well in a certain amount of saline-alkali soil under moderate grazing pressure. However, its adaptation mechanism to salt stress and grazing pressure is not clear. Using 15N isotope technique and high performance liquid chromatography with frozen dry technology, and in situ roots scanning technology, integrated ecology and physiology knowledge, field and greenhouse experiments are carried out. The following parameters will be determined: root forms (length, and diameter and configuration) and root turnover, 15N recovery of mother and children rhizomes, soluble sugar components of different plant parts (roots, and roots, and stem base, and stem and leaves). Main aim of this study is to validate root sugar role in osmotic regulation and signal transduction in root cells. Especially to test whether there is "rhizome integration between mother plant and children plant" of L. chinensis. This information will enrich the theory of L. chinensis to salt-alkali resistance and grazing tolerance to animal grazing, giving some suggestion for the rehabilitation of salt-alkali grassland.

羊草（Leymus chinensis）是松嫩草地的建群物种，由于过度放牧和土地利用的变化，羊草草原面积大大减少。研究发现羊草能够在一定的盐碱和放牧压力下良好的生长，然而对羊草能适应双重压力（盐碱和放牧）的机制尚不清楚。本研究采用15N同位素示踪技术，高效液相色谱结合冻干技术以及野外原位根系扫描技术，综合运用生态学和生理学知识，同时开展野外原位和温室试验。主要研究不同盐碱和刈割条件下根茎及根系形态整合特征与小分子根糖的关系；肥料15N在母株和子株的分配利用策略与根茎小分子糖的关系；小分子糖信号与蛋白质和有机酸渗透调节的关系。目的在于阐明小分子根糖组分在细胞渗透调节和信号传导中的作用，从而揭示羊草根茎对盐碱胁迫和放牧压力的"整合"作用机理。预期成果可以丰富和完善植物对逆境环境的适应性理论，为草地放牧管理及盐碱化草地恢复提供一定的理论和实践依据。

羊草（Leymus chinensis）是松嫩草地的建群物种，过度放牧和土地利用的变化使羊草草原面积大大减少。研究发现羊草能够在一定的盐碱和放牧压力下良好的生长，然而对羊草在盐碱和放牧条件下的盐碱异质性适应策略尚不清楚。通过4年试验获得主要研究结果：.羊草分株同时处于盐碱环境，刈割促进子株15N转移至母株；在盐碱异质性条件下子株标记15N，刈割后15N的转移率（42%）显著高于对照（22%）；盐碱异质性条件下母株标记15N，其转移率均低于对照。证明分株间养分转移具有双向性，转移强度具有选择性；异质性环境下克隆整合策略是子株优先将吸收养分转移至处于盐碱环境的母株（无私型），而当分株处于同质环境下时克隆整合策略是，母株只有少部分的养分转移至子株，而大多数养分则用于自身生长（权衡“成本—收益”型）。.中度刈割能维持一定量的地上可溶性糖、脯氨酸和有机酸含量，维持相对较高的地上K+/Na+比，能促进羊草总生物量累积，细根内可溶性糖含量和有机酸分别为对照1.19倍和1.08倍，细根内K+累积量为对照的1.68倍，重度刈割使地下生物量显著降低。盐碱和刈割的交互作用对羊草总生物量和地上生物量无显著影响。中度盐碱显著增加了羊草总生物量，重度盐碱无显著作用。盐碱对地上生物量无显著的作用。中度盐碱提高了根冠比和种群密度（1.35倍），增加了根茎和细根内可溶性糖（尤其是甘露醇）含量（1.19倍），而重度盐碱作用不显著。随盐碱浓度的增加，根茎内脯氨酸、有机酸和各构件Na+含量均增加，而K+保持不变，K+/Na+比降低，且地上K+/Na+比始终高于根茎和细根。中度盐碱能促进羊草地下生物量分配，扩展根系的觅食空间，利于根系内脯氨酸、可溶性糖和有机酸等渗透物质的累积，以及维持相对较高的地上K+/Na+比，提高了羊草耐盐碱性。这些根系和地上的生理适应策略促进了羊草分蘖和生物量累积。研究结果完善了植物对逆境环境的适应性理论，也为草地放牧管理盐碱化草地恢复提供一定的理论和实践依据。