干旱区盐渍生境柽柳泌盐模式及其生物学发生机理研究

Based on the phenomenon of assimilating branches "frost" in some Tamarix species in autumn, we investigate ion secretion patterns from salt gland and biological mechanisms with the method of field investigation and simulated experiment indoor during the whole growing season. This integrated study on the ecophysiological parameters and ion secretion patterns of tamarix at Turpan Desert Plant Garden and Fukang station of Desert Ecology, Chinese Academy of Sciences to reveal the mechanism of "frost" formation on assimilating branches in the whole growth period. Ion secretion rate, salt gland number, the transpiration stream in branches, the ability of root exclusion and ion level in plant will be investigated under different salt treatments to make reveal the difference in ion secretion patterns in different tamarix species; In addition, we investigate the difference in the ability of Na+ and K+ secretion from salt gland of different tamarix species with adding or not adding salt gland inhibitors.

盐腺是泌盐植物赖以生存的重要脱盐装置，其功能一直是耐盐机理研究的热点问题之一。探讨泌盐模式的发生机制是明了泌盐植物维持体内离子稳态研究的前沿领域。本项目以干旱区盐渍生境广泛分布的柽柳为研究对象，以野外调查、人工栽培和室内分析为主要手段，通过对不同柽柳种泌盐模式的调查，筛选出最具"爆发"和"渐进"分泌模式的柽柳；同步监测盐腺离子分泌规律、生理生态学参数以及研究区气象因子，运用数理统计方法建立各参数相关模型，揭示柽柳泌盐模式存在差异的主导调控因素；通过动态监测盐腺泌盐活性和柽柳生理生态学参数对土壤盐分的响应，明确"爆发"和"渐进"分泌模式形成的生物学基础；此外，通过调查水培条件下柽柳对不同离子胁迫的响应和添加盐腺抑制剂后分泌能力的变化，进一步揭示泌盐模式的种间差异与盐腺选择性特征的关系。这一研究对丰富我国盐生植物泌盐机理，尤其是干旱区盐渍生境生长的柽柳泌盐特性与生存策略具有重要意义。

本项目开展了大量野外原位实验对七种柽柳泌盐模式进行调查，发现短穗柽柳、刚毛柽柳、白花柽柳为秋季“爆发式”泌盐模式，而多枝柽柳、长穗柽柳、甘蒙柽柳和沙生柽柳为“渐进”分泌模式。.整个生育期尺度上，7种柽柳离子分泌速率受蒸腾速率的正向调控，均呈显著正相关，8月份较高的蒸腾速率是造成离子分泌速率提高的重要调控因素之一。叶水势与离子分泌速率具有较高的正相关关系。8月份盐腺数量的增加是造成“爆发式”泌盐模式柽柳盐腺“爆发”分泌的重要调控因子，但对“渐进式”分泌模式柽柳无显著贡献。“爆发式”柽柳盐腺离子分泌速率受多年生同化枝离子含量的正向调控，而“渐进式”分泌柽柳同化枝离子在整个生育期内离子水平始终保持在较为稳定的水平。相关性分析结果表明：蒸腾流离子浓度、植物体内离子浓度、相对分泌能力均对短穗柽柳、刚毛柽柳、多花柽柳离子分泌具有正向调控作用，根系拒盐能力对盐腺泌盐作用具有负向调控作用。而多枝柽柳、长穗柽柳、沙生柽柳、甘蒙柽柳离子分泌速率受根系拒盐能力和体内离子含量的负向调控。.土壤盐分加强了刚毛柽柳秋季“爆发”分泌模式，对长穗柽柳（渐进分泌模式）离子分泌影响不显著。盐胁迫对两种柽柳的光合速率和蒸腾速率无显著影响。但两种柽柳采取的耐盐策略不同：“爆发式”泌盐模式植物刚毛柽柳通过1）提高盐腺泌盐效率，2）增加盐腺密度来快速排出有害离子；2）“渐进式”泌盐植物长穗柽柳通过：1）增强根系拒盐能力，2）Na+的再分配，将更多Na+离子分配在衰老枝条，通过秋季脱落排出体外，盐渍胁迫下这一特点更加显著。. 室内水培结果显示： Na+和K+的分泌量同累积量比值表明,Na+高于K+；单一盐溶液中添加不同离子成分后，Na+和K+离子分泌表现不同: KCl处理中添加NaCl后，K+分泌速率显著降低，但在NaCl处理中添加KCl, Na+的分泌则不受影响，这些结果暗示柽柳对Na+的分泌具有较高的选择性。此外，添加盐腺抑制剂后，柽柳对Na+分泌分别受orthovanadate, ouabain, tetraethylammonium[TEA]和verapami的显著抑制，而K+的分泌则分别受ouabain, tetraethylammonium[TEA]和verapami的显著抑制。orthovanadate对Na+，K+分泌抑制效应的差异，可能是引起柽柳盐腺分泌Na+和K+能力不同的主要原。