塔里木盆地极干旱荒漠区珍稀濒危植物裸果木生存状况与保护生物学研究

Gymnocarpos przewalskii Bunge ex Maxim. is one of important vegetation edificators in the rocky desert area of northwestern China, and also a rare and eddangerde plant, has a certain area of distribution in extreme arid region of Tarim basin. Yet because of population ageing, low seed, and is often subject to the animals graze interference, cause it showed a declining trend. The study intends to select three Gymnocarpos przewalskii Bunge ex Maxim. populations as the research object, distribute in different altitude of extreme arid region of Tarim basin, through analyzing of their living environment (soil condition and meteorological data), population structure (plant proportion of seedling stage, mature stage, ageing stage), growth conditions (plant basal diameter, height, crown width, biomass), reproductive characteristics (proportion of seedlings and cloned seedlings ) , fructification condition, leaf anatomical structure (stomatal index, stomatal morphology, the upper and lower epidermis and cuticle thickness, thickness and ratio of palisade and spongy tissue ), physiological characteristics (proline, water potential, chlorophyll content, cell membrane permeability, MDA content, CAT activity enzyme content, POD enzyme content, SOD content) , comprehensively evaluate living conditions, dynamic and environmental adaptation mechanism of Gymnocarpos przewalskii Bunge ex Maxim. Populations, explore the key factors of population decline, and povide reliable evidence for their protection,and povide a scientific basis for the control of desertification in Tarim basin.

裸果木是我国西北干旱石质荒漠区重要的植被建群种之一，又是一种珍稀濒危保护植物，在塔里木盆地极端干旱区也有一定面积分布。但是，由于种群老龄化、结实率低、且遭动物采食，致其种群呈衰退趋势。本研究拟从种群尺度，选取3个不同海拔分布的裸果木种群作为研究对象，通过对其生存环境（土壤条件与气象资料）、种群结构（幼苗期个体、成熟期个体、衰老期个体的比例）、生长状况（植株基径、高度、冠幅、生物量）、繁殖特性（实生苗与克隆苗的比例）、结实情况、叶片解剖结构（气孔指数、气孔形态、上下表皮及角质层厚度、栅栏组织和海绵组织厚度）与生理特征（游离脯氨酸、水势、相对含水量、叶绿素含量、细胞膜透性、MDA含量、CAT含量、POD含量、SOD含量）分析，综合评价裸果木种群生存状况、动态及对环境的适应机制，探索其种群衰退的关键因素，为进一步保护裸果木提供可靠证据，并为塔里木盆地荒漠化治理提供科学依据。

裸果木为石竹科裸果木属唯一分布于我国西北荒漠区的一种灌木，由于部分区域干旱化和沙漠化的加剧，裸果木在一些分布区已经消失。本项目从裸果木的土壤特性、种群动态、繁殖特性、叶片结构、遗传多样性和遗传结构分析该种对环境的适应特征和种群动态，主要结果如下：.土壤化学成分与环境因子相关性表明裸果木在相对冷凉的环境更适合生存；叶片通过显著地改变叶片厚度、叶表皮细胞厚度和栅栏组织的厚度以适应不同的生境；裸果木以种子繁殖为主，塔里木盆地裸果木以中、幼龄植株居多，属增长型种群。.传粉学、发育解剖学和种子萌发表明种子结实率低的主要原因是缺乏有效的传粉媒介和花粉活力低，促使种群由异花向自花转变；种子通过迅速萌发已经适应了生境地在种子成熟期具短期降雨或雪水冲刷的生境。.基于叶绿体全基因组的系统重建表明裸果木为石竹科最古老的类群；生态位模拟表明裸果木在末次间冰期广泛分布于我国西北荒漠区，自末次盛冰期到现在，分布区在塔里木盆地的东部出现明显的隔离区。.基于20对具多态性的EST-SSRs的分析显示：裸果木遗传多样性高，24个种群分为清晰的东西两个谱系，西部的谱系包括塔里木盆地的8个种群，东部的谱系由准噶尔盆地、哈密盆地、甘肃河西走廊、宁夏和内蒙的16个种群所构成。近似贝叶斯的模拟显示东部的谱系起源于西部谱系，东西谱系大约在末次盛冰期前后分化，东西谱系分化后，东部稍收缩后显著扩张，而西部保持较稳定的扩张。.总结以上研究结果，本研究通过对裸果木生境地土壤特性、种群动态、繁殖特性、叶片结构、遗传多样性和遗传结构的分析，揭示裸果木通过快速的种子萌发及由异交向自交转变的繁殖方式适应极端干旱且缺乏传粉昆虫的生境，不断加剧的干旱化使裸果木的生境片断化进一步加强并形成清晰的遗传谱系，本研究首次基于分子标记利用近似贝叶斯模型模拟解析了我国西北荒漠区代表植物裸果木的种群历史动态，揭示了其起源及演化路线，为该区域的物种起源与进化提供实践与方法学参考。