《克隆植物種群空間拓展策略及其分子生態機制》是依託東北師範大學，由邢福擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：克隆植物種群空間拓展策略及其分子生態機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：邢福
- 依託單位：東北師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
異質生境下的空間拓展策略是克隆植物種群生活史策略的重要組成部分。克隆植物優先選擇優質生境資源的理論具有局限性並缺乏充分的實驗證據。以往關於克隆植物適應異質生境的生態機制的闡述幾乎沒有涉及分子水平的問題。當今分子生態學的發展使得從分子水平揭示克隆植物的生態適應機製成為可能。本研究以羊草、光稃茅香、鵝絨委陵菜為實驗材料，設計獨特的集多個生境梯度於一體的盆栽實驗和田間實驗，研究克隆植物空間拓展的方向性、拓展速率及拓展驅動力與異質生境的關係，擬提出克隆植物種群空間拓展營養驅動假說或非營養驅動假說、空間拓展定向假說或隨機假說；同時檢測根莖和葉片DNA甲基化變化，確定影響克隆植物空間拓展的調控基因。本研究從新的視角構建克隆植物空間拓展策略的理論與研究方法體系，闡明克隆植物適應異質生境的分子生態機制，在理論上有新的突破；研究成果對於利用有益的克隆植物恢復及重建受損植被具有重要的實踐指導價值。
結題摘要
自然界中生境異質性現象普遍存在。生長於異質性生境中的植物，通過表觀性狀改變甚至遺傳變異來適應環境變化。表觀遺傳學認為，DNA修飾而非基因序列改變可以引起或控制表型變化，因此，作為DNA修飾的一種方式—DNA甲基化變化可能具有生態適應意義。 以羊草、光稃茅香、鵝絨委陵菜和寸草苔4種克隆植物為實驗材料，設計了盆栽實驗和田間實驗，分別採取施氮、水分和土壤混合3種實驗處理，研究克隆植物空間拓展的方向性、拓展速率、拓展驅動力與異質生境的關係，檢測克隆植物根莖及葉片的DNA甲基化水平並探討克隆植物對生境異質性的適應機制。 主要研究結果及結論如下： （1）在異質生境下，光稃茅香和羊草的拓展都具有一定的生境選擇性。這2種根莖型克隆植物面對多個梯度的異質生境時，優先選擇各自“適宜”的生境資源。在較豐富營養斑塊中根莖的拓展能力增強，當營養水平過低或過高時，拓展能力也隨之減弱。 （2）以羊草、光稃茅香、寸草苔為實驗材料的田間實驗表明，隨著克隆植物生境斑塊間養分梯度差的增大，克隆植物選擇高營養斑塊的傾向性增強。生境斑塊間養分梯度差是克隆植物種群空間拓展的外在驅動力之一。以鵝絨委陵菜為材料的田間實驗表明，異質性營養斑塊處理並未導致匍匐莖拓展速率的顯著差異，但是表現出高營養斑塊內拓展變慢的傾向。 （3）氮添加會導致光稃茅香胞嘧啶甲基化水平的降低；胞嘧啶甲基化水平與芽數、根狀莖長以及生物量之間有顯著的線性回歸關係。基於混合土壤的盆栽實驗結果顯示，羊草根系、葉片均發生了不同程度的DNA甲基化。分析認為，草原生境異質環境可刺激並誘導克隆植物不同的器官中發生DNA甲基化。DNA甲基化而引起表觀特徵改變並可能刺激無性繁殖，從而實現了對異質生境的適應性的調節。 上述研究結論的科學意義或學術價值在於： （1）完善了克隆植物的生境選擇假說。 由於物種不同和土壤可利用資源種類及其數量的差異，克隆植物優先選擇其“適宜”生境而非“優質”生境資源。克隆植物生境優先選擇具有時間上的可逆性，由於資源消耗以及種內競爭，斑塊占據的早期差異會隨著時間延長而逐漸消失。在原來是生境選擇理論中加入“時間尺度”概念，其規律性才更有“普適性”意義。（2）DNA甲基化可能通過調節表觀性狀、促進無性繁殖來調節克隆植物的適應性。DNA甲基化檢測手段的引入及所得結論，初步建立了克隆植物生態適應機制研究的新思路和新的理論基礎。
