阿拉善荒漠功能灌木群繁殖行为与种群自组织更新响应机制研究

以阿拉善荒漠分布的12种功能灌木群植物为研究对象，研究其种子库、种子萌发时的生理特性和种子活力、种子萌发对大气降水的节律性响应，揭示荒漠灌木有性繁殖对种群更新的贡献及这些物种对环境的适合度；研究果实类型与种子扩散和定居的生态位资源谱，揭示荒漠灌木种群拓展生境的能力；研究干旱胁迫下有性繁殖和无性繁殖的可塑性及克隆生长构型和克隆格局对异质性资源的觅食行为和风险分摊，揭示繁殖行为对均质、异质生境的利用和占据策略；研究种内和种间次生代谢物的化学他感作用，揭示荒漠灌木群落内种间反馈机制；研究荒漠灌木群繁殖体扩散、定居过程中植物行为性表现与动物捕食的搬迁行为协同性，揭示荒漠植被的自组织格局，从而为荒漠植物保护提供科学依据。

项目按计划任务书在全面考察阿拉善荒漠功能灌木群的基础上，开展了以荒漠灌木的种间关联和种群格局研究，揭示了这些灌木在资源利用和生态位空间的相近和相异关系；研究了荒漠灌木繁殖行为中的克隆性，在调查的22种荒漠功能灌木中，有21种具有劈根的密集型克隆构型，6种具有根蘖克隆的游击型构型，1种具有压条的游击型克隆构型，荒漠灌木同的克隆构型是对极端环境胁迫的响应，也是对环境资源不足的情况下，仍能传递基因的补充，这对降低其死亡风险具有重大的进化意义；荒漠灌木的有性繁殖开花、结实、扩散和定居过程中表现为对环境中水、热、风、沙度适应性和协同性：荒漠灌木开花以两种方式出现：一种是其开花期与气候节律的完全吻合性，这一类灌木种子果实千粒重较大，种子萌发耗水性强，对水分的响应相对迟钝，只有土壤水分达到某一量值才能萌发，如沙冬青和红砂等，另一种是对水分响应极其敏感，这一类灌木开花不定期，植株具有“夏眠”或“假死”的特性，种子的千粒重较小，种子萌发速度快，根茎比差值大，达20～30倍，为消除由于对水分的敏感响应而带来的繁殖投资浪费，该类灌木进化出特殊的保护结构-扩散器，既保证果实的长距离扩散，又保证了种子萌发不会因水分的诱导而导致繁殖投资浪费；所有的荒漠灌木种子都具有扩散器，其种子能否定居成功能，主要取决于这些扩散器，从而表现出对生长环境中风、沙的响应。通过PEG干旱胁迫模拟，对绵刺、四合木和沙冬青种子萌发过程中POD、SOD和CAT进行分析，绵刺体内的三种保护酶互相协调发挥作用，使得细胞内水分在干旱不断增强时仍能保持平衡，躲避干旱胁迫。沙冬青体内的三种保护酶在干旱胁迫增强时CAT与POD起到保护膜系统的作用，抵抗干旱胁迫。四合木中的POD几乎没有活性，但CAT和SOD随着胁迫梯度的增加在不断变化，两种酶共同作用在植株体内形成忍耐干旱机制，同时沙冬青种子水分诱导后，多糖开始向蛋白质颗转化，而四合木种子水分诱导后蛋白质向多糖转化，绵刺种子水分诱导后多糖向蛋白质转化。以绵刺为代表，由克隆繁殖和种子繁殖形成了典型的异质种群，克隆繁殖保存了基因，并形成了由连接物在内的同质株群，共同实现资源的共享和风险的分摊，而由种子繁殖更新形成的种群由于扩散的功能具有占据异质生境的功能，从而形成异质种群。从整个研究结果表明荒漠功能灌木群繁殖行为具有适应生存环境中各种水热因子的自组织性。