西鄂尔多斯典型荒漠灌木生理生态特性及转录组学分析
作者单位：中央民族大学
学位级别：硕士
导师姓名：石莎
授予年度：2022年
摘 要：西鄂尔多斯位于我国西部草原荒漠区,整体呈现出以旱生灌木为优势种的荒漠植被特点。其气候条件特殊,冬季温度极低,夏季温度高且干旱,但拥有相对丰富的物种多样性,分布着许多国家重点保护珍稀植物,如四合木(Tetraena mongolica)、半日花(Helianthemum soongoricum)、蒙古扁桃(Amygdalus mongolica)和蒙古沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)等,具有孑遗植物“避难所的美称,成为荒漠植物适应机制和生物多样性保护研究的热点地区,具有重要科学研究价值。为探究该地区荒漠灌木在漫长的演变过程中,对干旱环境适应的生理生态机制以及生存策略的异同,本研究以六种典型荒漠灌木白刺(Nitraria tangutorum)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon)、四合木、半日花、蒙古扁桃和蒙古沙冬青为研究对象,开展了野外植被调查、光合生理生态特性观测以及转录组测序分析研究。主要研究结果如下:1.西鄂尔多斯荒漠植被物种组成相对较少,灌木与草本交替生长,常形成以单一植物为优势种的灌木群落类型。荒漠植物生活型以高位芽植物、一年生植物为主。研究区样地植物区系科的地理成分主要受到温带和热带成分影响,植物区系属的地理组成主要为古地中海成分。2.不同荒漠植物适应干旱环境的生理生态策略具有共同性,也存在一定差异。干旱条件下,荒漠植物表现出净光合速率降低的变化趋势,大多数植物都出现了“光合午休的现象;植物的电子传递效率普遍降低,午间植物主要将能量用于热耗散来抵御炎热的环境,植物的光合机构受损,羧化效率降低。但四合木呈现出相反的趋势,主要与其4月份叶片未发育完全有关。干旱胁迫影响下,半日花、白刺、蒙古扁桃、蒙古沙冬青和霸王五种植物表现为高光合,低蒸腾,高水分利用效率的积极型适应策略;而四合木表现为低光合,低蒸腾,低水分利用效率的保守型策略。3.不同灌木植物对水分变化的响应存在差异。尤其是蒺藜科三种植物(白刺、霸王、四合木)对水分响应不敏感。设置这三种植物的灌水处理实验,结果表明,灌水后三种植物的净光合速率日均值要小于灌水前,但三者净光合速率在上午7:00和9:00都有升高。说明三种植物受到严重干旱胁迫,尤其是白刺和霸王,其生长状况可能处于严重胁迫的临界状态。另外,白刺和霸王呈现出高光合,低蒸腾,高水分利用效率的积极型策略;而四合木则呈现出低光合,低蒸腾,低水分利用效率的保守型策略,且相比于白刺和四合木,推测霸王是比较新的物种。4.荒漠灌木植物适应干旱环境与其转录水平的分子调节机制具有密切关系。干旱胁迫下,五种植物(白刺、霸王、半日花、蒙古扁桃、蒙古沙冬青)差异表达基因的GO和KEGG富集分析结果显示,五种植物干旱胁迫响应显著富集在水解酶活性,作用于糖基键、转移酶活性,转移糖基、细胞壁、淀粉和蔗糖代谢以及植物激素信号转导等代谢过程。本研究筛选出了NAC、MYB、ZIP、WRKY和AP2/ERF ERF等与干旱胁迫相关的转录因子。另外,筛选出了五种植物抗旱相关的基因,基因功能注释结果与植物激素脱落酸有关,包括脱落酸反应元件结合因子和脱落酸受体PYR/PYL家族。筛选出五种植物光合生理相关的基因,基因功能注释结果与光合作用相关,包括ATP合酶亚单位,光系统Ⅰ亚基,光系统Ⅱ亚基,可作为后续基因克隆及功能研究的重点候选基因。综上所述,本研究调查分析了西鄂尔多斯的荒漠植被特征,从生理特性和分子水平等不同层次,比较了干旱条件下不同荒漠灌木适应干旱环境的生理生态机制和分子机制,研究结果可为荒漠地区珍稀濒危植物的保护及植被恢复提供参考依据。
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