黑河流域中下游干旱区植物叶片表皮微形态和超微结构特征与其抗旱机制研究

本项目拟对黑河流域中下游干旱区不同干旱梯度生境的木本植物和优势种草本植物叶片(或同化枝)的解剖结构、表皮微形态特征和超微结构的观察，分析干旱区水分减少过程中植物在叶片形态结构特征上进化的抗旱适应机制。利用光学显微镜观察植物叶片的叶肉组织、维管组织以及异型细胞的结构；利用扫描电镜观察植物叶片表皮细胞微形态、表皮附属物、气孔、腺体等的形态结构；利用透射电镜观察叶肉细胞超微结构和叶绿体等细胞器特征，筛选出叶片形态结构在抗旱能力上具有代表性的指标，并与植物的生长型和生境进行相关性分析，系统地探讨旱生植物生态适应的多样性及演化趋势。通过对黑河流域中下游干旱区和极端干旱区生活型不同且具有一定生态价值、经济价值或推广应用价值的多种植物的抗旱特征分析，探讨它们在黑河流域干旱地区的生态适应对策，提出该区域恢复植被的植物种类以及恢复阶段，为黑河流域干旱区的生态重建提供一定的理论依据。

本项目通过对黑河流域中下游干旱区不同干旱梯度生境的木本植物和优势种草本植物叶片(或同化枝)200多份材料(83个物种)的上、下表皮（近轴面和远轴面）的超微形态结构特征的扫描、叶片的叶肉结构组成和光合器官叶绿体的超微形态结构的观察以及叶片/同化枝的形态结构特征的数量化整理，运用统计学分析和因子分析模型对植物的抗旱适应特征进行聚类分析，并用模糊数学隶属函数值进行植物抗旱能力的综合评价，进而分析干旱区荒漠植物的抗旱适应机理，为干旱半干旱区植被恢复提供理论依据。. 研究结果表明：1）黑河流域中下游旱生植物叶片形态结构上对干旱胁迫的适应特征分析表明：以叶肉内部特殊组织结构(如含晶细胞与粘液细胞,C4植物的花环结构等)为主和叶片表皮特殊组织(如表皮蜡质、绒毛等)和形态特征为主的两大类适应机制同时进行，并且大部分植物是这两类机制相结合同时发挥作用。2）通过对叶片形态结构特征的20多个指标的数据化整理分析表明，对所有荒漠植物抗旱性贡献比较大且具有统计学意义的变量主要包括以下8个：气孔密度、气孔大小 、绒毛盖度、蜡质盖度、叶片厚度、表皮厚度比、栅栏组织厚度比和蜡质层厚度；对荒漠植物抗旱性贡献比较大但不具有统计学意义的变量主要包括以下5个：花环结构、含晶细胞、粘液细胞、厚壁组织、贮水组织。3）抗旱适应特征的聚类分析表明，适应特征主要以同化枝和叶片结构聚为两大类。荒漠植物的抗旱性综合评价初步取得了其抗旱能力的排序，排在前列的优势种植物有霸王＞红砂＞黑果枸杞＞膜果麻黄＞松叶猪毛菜＞斑子麻黄＞珍珠猪毛菜＞短叶假木贼＞木本猪毛菜＞沙拐枣属＞白刺属＞沙木蓼＞细枝盐爪爪＞梭梭＞花棒＞沙枣＞蒙古扁桃＞花花柴＞沙葱＞合头草＞锦鸡儿属＞骆驼蓬等。. 我们的研究获得了黑河流域中下游干旱区建群种叶片的表皮微形态结构图谱和叶肉内部结构特征图谱，并将这些形态结构特征全部数据化整理，获得了不同植物以及同一植物在不同生境下的表皮微形态与叶肉结构特征数据。这些数据的综合分析揭示了植物的抗旱适应对策和在不同生境下的适应能力，为荒漠干旱区植被重建的物种筛选提供了直接依据。