《荒漠植物白沙蒿種子粘液層的生態功能分析》是黃振英為項目負責人，中國科學院植物研究所為依託單位的面上項目。
基本介紹
- 中文名：荒漠植物白沙蒿種子粘液層的生態功能分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黃振英
- 依託單位：中國科學院植物研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以我國西北和華北荒漠地區分布的、種子具有典型粘液層的白沙蒿（Artemisia sphaerocephala）為例，以種子萌發和幼苗早期生長的生態過程為線索，闡明種子粘液層的生態功能及其對荒漠生境的適應意義。通過研究（1）在乾旱脅迫生境下，粘液層在白沙蒿種子萌發和幼苗生長中的作用，（2）粘液層吸收小量降水促進種胚細胞受損DNA修復的動態過程，以及（3）粘液物質被土壤微生物降解和被幼苗早期生長利用，旨在闡明種子粘液層在白沙蒿土壤種子庫維持和地上幼苗庫更新中的貢獻。推測並驗證荒漠植物生活史中，粘液層通過確保種子在極端條件下的萌發、促進種子細胞DNA損傷的修復和被土壤微生物利用而降解，並為幼苗的早期生長提供營養等策略來適應劇烈變化的荒漠生境。該項目通過研究種子粘液層的生態功能來驗證粘液種子對荒漠植物適合度的貢獻，豐富和發展區域植物的對策理論，為我國荒漠地區的植被恢復和生態重建提供科學支撐。
結題摘要
以我國西北荒漠地區流動和半固定沙丘上的優勢植物和重要固沙植物白沙蒿粘液種子為研究案例，系統研究和揭示了白沙蒿粘液層的多糖組成以及在種子萌發、種子活力維持和幼苗建成中的生態功能及其生理生態學機制。結果如下：1、研究了白沙蒿瘦果粘液層的物質組成。白沙蒿的粘液層是覆蓋在瘦果（以下簡稱種子）外表皮上的果膠物質，遇水膨脹能夠吸收大量的水分。採用高效陰離子色譜技術鑑定出種子粘液主要是由6種中性糖和2種酸性糖組成的多糖物質，粘液中主要成分是葡萄糖、甘露糖和阿拉伯糖。2、研究了粘液層在異質性生境條件下種子萌發中的作用。完整種子和去除粘液種子的萌發率均隨著PEG和NaCl濃度的升高而降低，而在相同濃度下完整種子的萌發率顯著高於去除粘液種子。粘液層能夠促進種子在乾旱和鹽分脅迫下的萌發從而有助於白沙蒿種群的更新。3、研究了粘液層在種胚細胞DNA修復和種子活力維持中的作用。本文研究了種子粘液層在有效利用荒漠小水量（露水）事件中對種子細胞受損DNA修復過程所具有的作用。實驗通γ射線處理白沙蒿種子誘導種子細胞產生DNA損傷，處理後半數種子去除粘液層。然後將種子置於荒漠露水條件下處理一定時間，再用彗星分析方法測定有無粘液層的兩種類型種子細胞DNA修復狀態。結果顯示，在露水處理中，完整種子表現出顯著高於去除粘液種子的DNA修複比率。完整種子在露水處理後萌發率有增加的趨勢。完整種子在露水處理後，無活力種子數呈下降趨勢。因而，種子粘液層可以在小量降水的條件下促進種子細胞DNA的修復，維持DNA的完整性，從而保證白沙蒿在基因脅迫的荒漠條件下維持種子活力和有效土壤種子庫。4、研究了粘液物質在土壤中的分解及其對幼苗生長的作用。本文首次報導了種子粘液被自然生境中的土壤微生物所降解的過程及這一過程對幼苗早期生長的影響。Biolog微孔板、化學分析、磷脂脂肪酸分析和核糖體間隔基因分析表明，傳播到土壤中的種子粘液層能夠被來自於自然生境中的土壤微生物所降解，使種子粘液多糖分解為CO2和其它降解產物，並使微生物群落生物量增加。多糖的螢光標記實驗和幼苗的生長分析表明，通過植物-土壤微生物相互作用的多糖降解過程產生的降解產物和改善的微生物群落共同顯著促進了白沙蒿幼苗的早期生長。種子粘液層在荒漠植物成功適應異質性生境中具有重要的生態功能，是荒漠植物生活史的重要種子適應對策。
