高級生態(tài)學(xué)荒漠植物檉柳課件

《高級生態(tài)學(xué)》課程論文題目：新疆荒漠植物━━檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究

概述

荒漠植物——檉柳是在土壤極端鹽堿化、干旱、貧瘠、強風(fēng)沙流等條件下在新疆廣泛分布的一類重要灌木植物，它們不僅具有較強的抗逆能力，而且在其脆弱生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的維持和受損生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)重建中發(fā)揮著巨大的作用。筆者結(jié)合國內(nèi)外對荒漠植物生理生態(tài)研究的歷史與現(xiàn)狀，對新疆檉柳屬植物的群落特征及其生態(tài)、生理適應(yīng)性研究作了一個全面的論述，同時，對荒漠植物檉柳抗逆特性的應(yīng)用潛力進行評價，為檉柳屬植物的生物多樣性保護和利用提供依據(jù)。

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究荒漠化(desertification)

定義為:在包括氣候變化和人類活動的多種因素作用下,干旱、半干旱和干旱亞濕潤區(qū)的土地退化。它又分為風(fēng)蝕荒漠化、水蝕荒漠化、土壤鹽漬化、凍融荒漠化等。（這一定義就是1994年10月,世界各國政府代表在巴黎簽署荒漠化防治公約中的定義。該定義為世界各國所公認(rèn)）

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究按照《聯(lián)合國防治荒漠化公約》對荒漠化的定義,實際上我國有可能發(fā)生荒漠化的土地面積為321.7萬km2。已發(fā)生荒漠化的土地面積為262.2萬km2,占國土面積的27.3%。其中風(fēng)蝕荒漠化(或稱沙質(zhì)荒漠化、沙漠化)面積約為160.7萬km2；水蝕荒漠化面積約為20.5萬km2；土壤鹽漬化面積為23.3萬km2；凍融荒漠化面積為36.3萬km2；由于其他原因造成的荒漠化面積為21.4萬km2。

據(jù)1997年林業(yè)部發(fā)布的《中國荒漠化報告》

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究我國檉柳屬植物有18種1變種，檉柳屬植物主要分布在中國西部地區(qū)。新疆天然分布的有16種，從山前河谷到沙漠腹地均普遍存在，其中尤以多枝檉柳(Tamarixramosissima)分布最為廣泛。

白花檉柳T.albiflonum紫桿檉柳T.androssowii密花檉柳T.arceuthoides長穗檉柳T.elongata甘肅檉柳T.gansuensis異花檉柳T.gracilis剛毛檉柳T.hispida多花檉柳T.hohenackeri莎車檉柳T.sachuensis鹽地檉柳T.karelinii短穗檉柳T.1axa傘花短穗檉柳T.1axavar.polystadrya細穗檉柳T.1eptostachys多枝檉柳T.ramosissima沙生檉柳T.taklamakanensis塔里木檉柳T.tarimensis

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究1新疆自然環(huán)境與檉柳群落的分布特征1.1新疆自然條件概況新疆是中國最干旱的地區(qū),全疆平均年降水量僅150mm。天山山脈從西至東橫貫新疆，將其分割為南北兩個有差異的地理氣候區(qū)，習(xí)慣上稱為南北疆。其中，準(zhǔn)噶爾盆地位于北疆，塔里木盆地位于南疆。

塔里木盆地是一個封閉性較好的內(nèi)流盆地，發(fā)源于塔里木盆地周邊山地的眾多河流，在沙漠中消失，部分水量轉(zhuǎn)化為地下水，因此盆地內(nèi)地下水位較高。

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究1.2檉柳群落的分布特征檉柳屬植物耐鹽、耐旱、耐貧瘠、耐風(fēng)蝕和沙埋。檉柳屬植物種群群落的發(fā)生、發(fā)展與生長和水分、鹽分及溫度等生態(tài)因子有密切關(guān)系。檉柳屬植物多樣化的生境使得屬下分類學(xué)單位的植物分布具有明顯的地域性。檉柳屬植物種群群落的形成與分布離不開兩個決定性因子，即鹽分和水分。檉柳屬植物在新疆其分布主要由分布區(qū)地下水位深度和土壤含鹽量決定。

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究2荒漠植物生理生態(tài)研究的歷史與現(xiàn)狀2.1國內(nèi)外的研究歷史國外對于荒漠植物生理生態(tài)較為系統(tǒng)的研究始見于前蘇聯(lián)1972年出版的《干旱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的生理生態(tài)基礎(chǔ)》一書(InternationalsymposiumUSSR,1972)。

國內(nèi)有關(guān)荒漠植物生理生態(tài)的研究始于20世紀(jì)60年代，主要側(cè)重在我國西北荒漠植物和中生植物在自然和人工條件下的光合、呼吸和蒸騰作用特性，水分平衡特征，形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)等特征的對比研究。

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究2.2目前主要的研究現(xiàn)狀從荒漠植物解剖結(jié)構(gòu)特征、水分平衡特征和光合作用特征方面的研究來看，已經(jīng)形成了一個較完整的體系。解剖結(jié)構(gòu)的研究光合能力的研究水分狀況的研究“自由基假說”

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究3檉柳屬植物的生理生態(tài)適應(yīng)性新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究3.1.1形態(tài)性狀的適應(yīng)特點檉柳屬植物葉片顯著縮小呈鱗片狀，葉片一般抱莖而生，形成莖一葉愈合體，是一種高光效器官。莖與葉的愈合程度與生境的干旱程度成正比，如沙生檉柳葉的抱莖程度最大，達9O％，這與其所處的極端干旱環(huán)境相適應(yīng)。3.1.2根系特征具有發(fā)達的根系。檉柳為深根性灌木，主根非常發(fā)達并且向下直伸，達到地下水后側(cè)根大面積發(fā)生，主根、側(cè)根、毛根共同組成相互交錯的根系網(wǎng)，具有非常大的吸水面積吸收土壤和淺層水分，保證地上部分充足的水分供應(yīng)。生物、生態(tài)學(xué)適應(yīng)性新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究3.1.3種子特性最抗旱種——沙生檉柳具最大的種子(千粒重達410mg，而其他種小于100mg)。發(fā)育初期具有比其他檉柳生長迅速的特點。此外，沙生檉柳種子發(fā)芽率也比其他檉柳為高，經(jīng)半年以后，仍具有較高的發(fā)芽能力。檉柳屬植物在種子萌發(fā)和幼苗期有一定的耐鹽性。3.1.4繁殖特性檉柳屬植物花期長，結(jié)實率高，每年可產(chǎn)出數(shù)以億計的種子，并且種子具有體積小、重量輕、芒柱具毛等特點，借助于頻繁的風(fēng)力傳播，使種子在丘間低地適宜的水分條件下迅速發(fā)芽，生長成新的植株。此外，檉柳屬植物具有以營養(yǎng)繁殖為主的適應(yīng)特點。它們能從被沙埋的莖干或枝條上形成不定芽和不定根，從而形成新的植株和根系。生物、生態(tài)學(xué)適應(yīng)性新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究對鹽分適應(yīng)機制

3.2.1.1形態(tài)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)檉柳是典型的泌鹽性鹽生植物。檉柳泌鹽腺深陷于表皮之下，單位面積數(shù)目多，泌鹽腺的分泌細胞含許多小的液泡，可主動將積累的鹽分儲存在液泡中而實現(xiàn)區(qū)隔化，維持細胞液中正常的滲透勢。具發(fā)達的表皮毛及乳狀突。發(fā)達的表皮毛有利于水分的排出，增大排鹽效率，保證了其在重鹽堿環(huán)境中維持正常的生理功能。此外，檉柳髓部含大量單寧物質(zhì)，可能有助于植物從含鹽量高的土壤中吸收水分，抵制高鹽下的水分脅迫。新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究對鹽分適應(yīng)機制

3.2.1.2耐鹽機制(1)拒鹽

檉柳的根對鹽離子的通透性很低。一般而言，鹽生植物具備通過調(diào)節(jié)根系滲透性進而調(diào)節(jié)進入植株體內(nèi)離子含量的能力，Scholander將這種現(xiàn)象稱作“超級過濾系統(tǒng)”。(2)耐鹽

檉柳細胞內(nèi)鹽離子含量比較高的情況下仍能夠維持正常的代謝活動。研究表明，一天當(dāng)中被檉柳根系吸收的Na+約有64%～77%被分泌出去，其余的累積在植物葉當(dāng)中，這些存留的離子在夜間、蒸騰低或濕度高時被分泌出去。(3)泌鹽

檉柳是典型的泌鹽性鹽生植物。檉柳泌鹽的效率受相對濕度的影響，而與蒸騰速率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，另外，其泌鹽效率還明顯受水分脅迫的影響。檉柳是潛水性鹽生植物，喜生長在地下水位高、土壤濕潤的環(huán)境中，如果滿足了泌鹽調(diào)節(jié)鹽分時所需要的水分供應(yīng)，可增大排鹽效率。新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究對干旱適應(yīng)機制

3.2.2.1水分生理特性檉柳與生長在同一干旱環(huán)境中的其他荒漠植物相比，檉柳能保持較高的葉面積和較高的蒸騰速率，這是它適應(yīng)干旱脅迫的直接結(jié)果。Busch等研究認(rèn)為檉柳具有較高的細胞溶質(zhì)濃度；在膨壓為零和完全膨壓時的滲透勢遠低于其他植物。Gay的研究表明，檉柳是一種有大量根系通過毛細管作用和地下水位接觸的深根系植物。曾凡江的研究表明在低水勢下檉柳保持膨壓的能力較強。此外，在整個生長季中，檉柳的清晨水勢是幾種荒漠植物中最低的。在整個生長季的大部分時間里，檉柳的日均水勢值較低。

新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究對干旱適應(yīng)機制

3.2.2.2耐旱機制

（1）滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累

對檉柳進行緩慢水分脅迫，發(fā)現(xiàn)在整個干旱處理過程中，脯氨酸(Pro)含量成倍增加，中后期Pro含量達最大值，末期Pro積累含量急劇降低。（2）脫水保護物質(zhì)的積累在土壤緩慢水分脅迫條件下，檉柳屬植物可溶性糖含量持續(xù)增加，至干旱后期，糖類大量積累，比正常供水條件下增加數(shù)倍。（3）無機離子的積累在整個干旱處理過程中，檉柳均主動積累K+，K+積累持續(xù)增加，直至干旱脅迫結(jié)束。檉柳K+積累在干旱處理末期含量達最高。此外，檉柳植物Na+在土壤緩慢水分脅迫條件下主動積累，可能參與植物細胞的滲透調(diào)節(jié)。新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究4國內(nèi)外植物生理生態(tài)研究熱點主要集中在三方面：①與植物抗逆有關(guān)的ABA信號傳導(dǎo)問題的研究；②與植物抗逆有關(guān)的光合C3、C4、CAM途徑轉(zhuǎn)變及其相關(guān)RuBPCase和基因的研究；③一些與抗逆有關(guān)的代謝產(chǎn)物(如ABA、NaCl、脯氨酸、活性氧、甜菜堿等)外源加入對植物生理過程的影響。新疆荒漠植物——檉柳的生理生態(tài)學(xué)研究6荒漠植物