荒漠植物大气水汽利用机制及适应机理研究

植物大气水汽利用研究国内外有两个世纪的不懈探索，证实了植物地上部分能够利用大气水汽，并向根部传输，即"负蒸腾"；极少有生态水文过程、生理机制和水汽利用定量的探讨，植物对非饱和水汽的利用未见报道。.针对黑河下游极端干旱环境，依托人工干旱气候室和野外试验研究站，运用同位素、生理生态和分子生物学原理与方法；认识荒漠植物大气水汽吸收、传输过程，研究生理生态响应与识别方法，探索分子生物学响应机制；通过分析植物大气水汽利用的边界条件，解读生理生态响应与适应机制，建立SPAC水势梯度场及其模式，定量评估大气水汽利用，努力实现非饱和大气湿度条件下荒漠植物大气水汽利用过程及其机制的基础科学认识的突破。.立题黑河计划"下游荒漠绿洲生态水文效应与生态需水研究"重点领域的重要方向"荒漠植物大气水汽利用机制及适应机理"，为黑河计划的核心科学问题"干旱环境下植物水分利用效率及其对水分胁迫的适应机制"提供基础研究支撑。

国内外学者对植物大气水汽利用进行了两个世纪的不懈探索，证实了植物地上部分能够利用大气水汽，并向根部传输，即“负蒸腾”；但有关生态水文过程、生理机制和水汽利用定量的探讨研究极少，有关植物对非饱和水汽的利用研究未见报道。.针对黑河下游极端干旱环境，该项研究对五种荒漠植物（红砂、柽柳、白刺、梭梭和霸王），完成了野外和室内同步进行了加湿对照实验，对荒漠植物大气水汽利用的生理、生态、同位素、荧光染色以及茎流长期定位监测和实验，在生理、生态、示踪等多角度综合分析的基础上，推进了三方面的科学认识：水汽利用过程、生理生态响应和细胞分子识别，水汽利用过程通过同位素示踪、荧光示踪、负茎流数据、大气水汽浓度损失量等数据证实在野外条件下，相对湿度为60%～-80%，荒漠植物利用了大气水汽，而在相同的技术条件下，在室内人工控制条件下，相对湿度>60%，荒漠植物则开始利用大气水汽。通过对比加湿和对照的荒漠植物来看，光合作用、叶片含水量、光合利用效率、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性等相关指标均低于对照，表明荒漠植物叶片对大气水汽的吸收一定程度上缓解了干旱胁迫。从同位素技术、大气水汽损失量和负茎流数据来估算水汽利用量，同位素的数据显示，柽柳茎可吸收大气水汽量占总水量的13.6% ～ 53.8%，因水源和水分胁迫而不同。基于负茎流实验数据，通过公式=+0.232得出，荒漠植物柽柳6～9月吸水总量为104.97 ～ 149.38 g/g，经叶面积转换后为16.15~22.98 mm，占降雨量的11.12%～14.79%。从测定的大气水汽浓度数据得出，荒漠植物吸收大气水汽均值为0.31 g/g。吸水能力依次为：红砂 > 柽柳 > 梭梭 > 白刺。以上可以看出，荒漠植物利用大气水汽这部分水是不可忽视的。.本研究揭示了荒漠植物吸收利用非饱和大气水汽的能力、边界条件及适应机制，提出了水汽利用量的估算方法，阐明了极端干旱区荒漠植物的生长和繁衍另类水源。立题黑河计划“下游荒漠绿洲生态水文效应与生态需水研究”重点领域的重要方向“荒漠植物大气水汽利用机制及适应机理”，为黑河计划的核心科学问题“干旱环境下植物水分利用效率及其对水分胁迫的适应机制”提供基础研究支撑。