互花米草对环境硫的响应机制研究

生物入侵是全球变化研究领域中的重要课题，互花米草在我国的大规模暴发已导致滩涂生态系统结构与功能的显著变化。调查显示，互花米草盐沼硫含量显著高于邻近土著芦苇、盐蒿盐沼及光滩，模拟实验也证实互花米草对高硫环境的耐性强于芦苇。为探讨互花米草高硫响应机制及硫在该植物入侵中的意义，本课题将通过互花米草盐沼中硫稳定同位素的分析，明确米草在滩涂硫富集中的作用；通过对不同器官和细胞器硫含量的分析，明确硫在植物体内积累和迁移的规律；通过米草/芦苇竞争系统中叶片等器官形态可塑性及叶绿素荧光、气体交换等生理指标的分析，明确互花米草光合系统在不同硫环境中的响应规律；通过细胞自由基、SOD等酶及黄酮类物质等的分析，明确互花米草抗氧化系统在抵御硫胁迫中的意义，并探讨可能存在的信号传导途径。综上研究，阐明互花米草对高硫环境的特殊响应机制，并探讨其在米草扩张中的意义，为正确评估米草入侵的后果和探索其生态控制途径提供依据。

生物入侵是当前全球环境变化研究领域的热点问题之一。互花米草生态系统的硫含量显著高于中国土著盐生植物芦苇生态系统。我们假设硫决定着两种植物在海岸带盐沼生态系统中的分区。本项目旨在通过互花米草植物硫的来源，两种植物在模拟硫添加实验中生长和形态结构的差异，及其内在光合、抗氧化生理对硫的响应等分析，揭示硫和互花米草扩张之间的关系及其内在作用机制。. 研究证明，互花米草植物硫主要来自土壤沉积物，海水也占有一定贡献。其地下部分硫含量显著高于邻近的芦苇和盐蒿，地上部分硫含量也高于芦苇。但在模拟硫添加实验中，我们并未发现硫在植物体内迁移的预期过程。.Na2S对互花米草和芦苇的毒害作用明显强于等Na+摩尔浓度的Na2SO4和NaCl。米草克隆苗不能耐受200 mM的Na2S，而芦苇克隆苗不能耐受100mM的Na2S。两种植物株高、叶面积等形态学指标都显示了相似结论。显微结构观察显示，100 mM Na2S环境中的两种植物根部都出现空洞，木质部缺失。超微结构观察显示，60 mM Na2S 环境中芦苇细胞核出现受害症状，而100mM Na2S 环境中该植物线粒体、叶绿体等均出现显著问题，胞间连丝增多。互花米草超微结构异常也出现于100 mM Na2S环境中。100 mM Na2SO4和200 mM NaCl环境中互花米草和芦苇细胞也出现了部分异常，但较Na2S环境中的症状轻微。.芦苇叶绿素含量约为互花米草的2倍，但互花米草净光合速率为芦苇的2-3倍。实验中三种盐对芦苇叶绿素含量具有显著影响，但互花米草影响不明显。低浓度Na2SO4和中高浓度NaCl对两种植物的气孔导度和净光合速率都有促进作用，但低浓度Na2S对两种植物相关参数都有抑制效应。ETR、Fv/Fm等叶绿素荧光参数也显示了相似规律。低浓度盐处理后的恢复实验中同样也显示，50mM Na2S对芦苇光合的抑制作用明显，且难于恢复，而Na2SO4和NaCl对芦苇影响较小。互花米草受低浓度盐的影响幅度小且容易恢复，部分盐对互花米草光合甚至有促进作用。 . 互花米草和芦苇的抗氧化系统包括抗氧化酶和小分子物质在两种植物抵御三种盐胁迫过程中都起到了一定作用，但两种植物之间以及不同抗氧化成份之间受诱导表达的程度差异较大。互花米草还富含一种重要的抗氧化成分黄酮，模拟盐胁迫中未发现其明显作用，但对野外越冬芽的分析显示该物质与互花米草向海扩