准噶尔盆地无叶假木贼种子融雪萌发机理及其生态适应

Seed germination and seedling growth are crucial stages of desert plant life strategy in the arid and semi-arid area, which directly determines establishment and regeneration of plant population. Research about seed germination of desert plant is widely reported. But, ecological mechanism of desert plant in snowmelt gemination is less involved. Especially, seed germenation and seedling growth of desert plant under low temperature have important ecological significance for climitic fluctuation and over-rapid warming in early spring. Anabasis aphylla is one of main constructive species of soil desert area in Junggar Basin, and has important role on maintaining water and soil safe of diluvial fan and plain. Furthermore, it is one resource plant species with great value. Through method of combining field investigation and observation with simulation experiment, ecological adaptability and germination mechanism of Anabasis aphylla seed in snowmelt period are discussed. First, process, characteristic, physiology and proteomics of snowmelt gemination are researched, and its will reveal ecological mechanism and meaning on snowmelt gemination. Second, snowmelt environment factors and its effect on seedling growth is studied, and seedling growth characteristic and ecological adaptation will be illuinated, and which will discuss the potential meaning of snowmelt germination for growth and regeneration of Anabasis aphylla seedling. This project can get a better understanding about adaptation mechanisms of desert plant, has profound guiding significance on protection of resource plant and vegetation restoration in the desert area.

种子萌发和幼苗生长是荒漠植物生活史中的关键阶段，直接决定着植物种群的建立与更新。有关荒漠植物种子萌发的研究已有大量报道，但对荒漠植物融雪萌发现象的生态学机制涉及较少，而低温萌发和低温生长对于应对荒漠区早春气候波动和提早升温具有重要的生态学意义。无叶假木贼是准噶尔盆地土质荒漠的建群种，对维护山前洪积扇的水土安全具有非常重要的作用，而且也是一种利用价值较高的资源植物。本项目拟采用野外定点观测与人工模拟相结合的方法，分析无叶假木贼种子融雪萌发的过程和特性，开展低温萌发的生理生化机制和蛋白组学研究，揭示无叶假木贼种子融雪萌发的机理；研究融雪环境因子动态及其对萌发幼苗生长发育的影响机制，阐明融雪过程中萌发幼苗的生长发育特性及其生态适应，探讨全球气候变化下融雪萌发对无叶假木贼幼苗生长和更新的潜在意义。项目研究能够加深对荒漠植物适应机制的理解，对荒漠区资源植物保护和植被恢复具有指导意义。

无叶假木贼是准噶尔盆地土质荒漠的建群种，对维护山前洪积扇的水土安全具有非常重要的作用，而且也是一种利用价值较高的资源植物。无叶假木贼种子在早春融雪期间就可以萌发，种子低温萌发和幼苗低温生长对于应对荒漠区早春气候波动和提早升温具有重要的生态学意义。目前，对荒漠植物融雪萌发现象的生态学机制涉及较少，因而研究极端环境下融雪萌发对无叶假木贼幼苗生长和更新的有潜在的生态意义。项目针对“融雪萌发”现象，主要从无叶假木贼种子融雪萌发的过程和特性，无叶假木贼种子融雪萌发的分子机理，雪环境因子动态及其对萌发幼苗生长发育的影响等几个方面开展研究。项目研究能够加深对荒漠植物适应机制的理解，对荒漠区资源植物保护和植被恢复具有指导意义。项目主要结论:1)系统地从无叶假木贼种子萌发环境、萌发幼苗发育特征和抗冻性等方面揭示了无叶假木贼种子低温萌发特性。利用积温模型分析得出无叶假木贼种子萌发的最低温度和积温值分别为0.54℃和9.89℃•d，梭梭种子萌发的最低温度和积温分别为0.79℃和7.26℃•d。两种荒漠植物种子能在低温条件下完成萌发是荒漠植物特殊的生物特性，在融雪期间进行萌发的现象是一种生态适应性，能够适应准噶尔盆地早春的融雪环境。2）采用RNA -Seq技术鉴定与低温相关的基因，分别在冷处理与对照，冻处理与对照以及冷处理与冻处理三个比较组中鉴定到抗冻差异表达基因，并发现“单细胞代谢过程”和“细胞膜”受低温影响较明显，并且“植物激素信号转导”途径在植物响应低温过程中起重要作用。阐明了无叶假木萌发幼苗适应低温的分子机制。3）经过对低温下梭梭和无叶假木贼幼苗生理指标、蛋白组和代谢组研究的对比发现，三种抗氧化酶活性在两个物种中均升高，一种抗氧化酶活性在梭梭幼苗中升高，在无叶假木贼幼苗中降低。在两种植物中均发现的差异表达蛋白有47种，其中有25种差异蛋白表现出相同的表达规律。在梭梭和无叶假木贼幼苗中同时发现的差异代谢物有12种，包括4种氨基酸和8种有机酸，这些差异代谢物在梭梭和无叶假木贼幼苗中表现出一致或相反的富集程度。两种荒漠藜科植物在应对低温这种不利的环境条件时会产生不同的应对策略。本研究发表论文4篇，其中SCI收录3篇，出版专著1部。