冻融及盐碱复合胁迫下草地植物及土壤微生物生理生态响应机制

The freezing-thawing and alkalinization combined stress widely exist in the northeast grasslands of China and exert important effects on the grassland utilization. This project intends to study the effects of the combined stress on the leguminous forage, grass and soil microorganisms through short freezing-thawing simulation, seed cultivation and turf transplantation, including osmotic adjustment, active oxygen scavenging, membrane permeability, variation of the content of protein, betaine, organic material, photosynthesis, respiration and transpiration as well as the nitrogenase activity, the variation of the content of soil nitrogen, phosphorus and organic matter, trying to clarify the adaptation mechanism to the combined stress and the differences between the adaptation to freezing-thawing and to alkalinization, as well as the differences of adaptation mechanisms among the gramineous and leguminous plants.

冻融及盐碱复合胁迫在中国东北草原广泛存在，对草原的利用与管理有重要的影响。本项目拟分别通过基于实生苗培养及野外草皮移栽的室内冻融模拟实验研究短期冻融及盐碱复合胁迫对豆科、禾本科草地植物及草地土壤微生物的影响，分析植物在光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、渗透调节、活性氧清除、质膜透性上的响应特点以及蛋白、甜菜碱等有机物含量的变化规律，探明微生物量、土壤酶活性、微生物碳氮代谢、土壤氮磷及有机质含量变化特征，进而揭示草地植物对冻融复合胁迫的适应机制以及冻融适应和盐碱适应两种适应机制间的关系。通过探究在冻融和盐碱双重胁迫下植物的响应特征，有望对耐寒性不同的禾本科及豆科植物对冻融复合胁迫适应机制上的差异进行阐释。

本项目以草原植物及土壤微生物为研究对象，研究了草原植物植物包括紫花苜蓿、青稞和黑麦等对盐碱和冻融复合胁迫下的生理响应机制。通过天然草地实验观测、人工实验小区移栽以及室内培养，探究草原植物和土壤微生物的生理生化响应特征。实验表明，紫花苜蓿的MDA含量、生物量、可溶性蛋白、可溶性糖均受到冻融胁迫和盐碱胁迫的显著性影响，同时光合作用、蒸腾速率和气孔导度均对盐碱胁迫的表现比冻融胁迫更加敏感。此外，在冻融胁迫条件下，随着盐碱胁迫的增加，黑麦和青稞的生理响应显著性增加，Na+含量、K+含量和K+/ Na+在不同盐碱梯度土壤条件下差异显著；同一盐碱胁迫条件下，紫花苜蓿和黑麦的CAT、POD活力没有显著性差异，但叶片丙二醛含量、SOD与冻融胁迫显著正相关。冻融胁迫下，叶片MDA、POD、SOD值升高，CAT活力变化趋势不明显；叶片抗氧化酶、可溶性蛋白随温度下降先增高后降低，最低值出现在-5 ℃，MDA呈上升趋势，最大值出现在-5 ℃。在盐碱和冻融复合条件下，SOD和POD活力随温度下降而上升，可溶性糖含量先升高后下降，CAT活力先下降后趋于平稳，MDA含量持续下降；抗氧化酶活力和渗透调节物质均与MDA成显著负相关。因此，草原植物可通过快速激活抗氧化酶活力、积累渗透调节物质以及无机离子转运来抑制膜脂过氧化从而适应盐碱和冻融的复合胁迫。. 本项目通过研究在不同程度盐碱胁迫及冻融胁迫条件下草原植物的生理响应，探究出了草原植物对生态胁迫及干扰响应的一般机理，为草原植物的种植和盐碱化草地生态修复提供理论依据。