康定柳雌雄植株对环境胁迫的响应与适应

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
31300512
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
23.0万
负责人：
蒋豪
依托单位：
中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
学科分类：
C1605.树木生物学
结题年份：
2016
批准年份：
2013
项目状态：
已结题
起止时间：
2014-01-01 至2016-12-31

项目参与者：
张小路；冯丽华；陈娟；杨艳妮；
关键词：
性比偏雌环境胁迫生理响应柳树雌雄异株

项目摘要

Dioecious plants often exhibited equal sex ratios under optimal conditions. However, when they exposure to environmental stresses, it showed biased sex ratios. Studies revealed that females usually experience greater negative effects than males in the dioecious plants, which have male-biased sex ratios. It may be an important reason of male-biased sex ratios. But interestingly, Populus and Salix, which belong to Salicaceae, have different biased sex ratios under the same extreme conditions. Little is known about it. In this study, Salix paraplesia, a female-biased sex ratios species, will be employed as the experimental materials to investigate the effects of drought, salinity, UV-B irradiation and nutrient-poor soil on plant growth. Comparisons will be performed to elucidate the sexual differences on resource allocation, construction costs, photosynthetic energy return, nitrogen use strategy, phytohormonal balance and metabolic responses. Finally, we can conclude the sex-related adaptive responses of S. paraplesia and can find out the differences between Populus and Salix in response to environmental stresses. Results will provide new insights into dioecious plants' stress tolerance and will access to the reasons why some dioecious plants exhibited female-biased sex ratios under extreme conditions.

就同一物种而言，雌株和雄株应当保持1：1的性别比例。然而，绝大多数分布在恶劣环境条件下的雌雄异株植物种群，它们均衡的性别比例发生了偏倚，大多表现出偏雄性。引发这一现象的原因有很多，从个体角度看，长期的进化赋予了雄株更强的抗逆能力。然而，让人费解的是，同为杨柳科的杨树和柳树，它们在恶劣环境下性别比例偏倚的结果截然相反，杨树表现出偏雄性而柳树表现出偏雌性，是什么原因造成了这样巨大的反差目前仍不清楚。因此，本项目拟选取雌雄比例偏雌性的康定柳为试验材料，利用全封闭生长室进行干旱、高盐、增强UV-B辐射和土壤贫瘠等多因子试验，深入探讨环境胁迫对康定柳生长的影响，明确雌雄植株在环境胁迫下分别采取了怎样的响应策略，这些响应策略与我们前期在杨树中取得的研究结果有何不同。本研究不仅能为雌雄异株植物在环境胁迫下性别比例偏雌性提供理论解释，同时，也为下一步从繁殖成本、花粉管竞生和分子调控等方面开展研究打下基础。

结项摘要

自然界中，许多雌雄异株植物种群性别比例是偏倚的。这可能归因于性别特异的资源需求以及性别不同的适应能力。在性别比例偏雄性的杨树种群中，雄株通常表现出更强的生理适应能力。然而有趣的是，柳树和杨树虽同属于杨柳科，却表现出相反的性别比例偏倚结果，特别是在养分缺乏的环境下。根据杨树的研究结果，是否可以认为柳树雌株具有比雄株更强的耐养分缺乏能力？研究发现，柳树采取性别特异的生长防御策略来适应不同的养分条件。不同的生物量分配结果可能导致性别不同的防御能力以及生长-防御折衷。植物生长（生物量积累量）与防御（缩合丹宁含量）呈明显的负相关，并且雌雄植株间存在较大差异，这种现象在茎生物量分配和缩合丹宁积累方面表现尤为明显。柳树雌株可能采取了更为激进的策略，过度透支现有的资源来同时满足生长和防御的需求。这相对于雄株保守的调节策略更像是一场赌博。这同时也暗示，在养分缺乏条件下，雌株对生长的投入可能还具有额外的补偿机制。除此之外，本项目还对若尔盖草原因季节性水淹引起的康定柳生长期根部缺氧进行了代谢组学研究，结果差异明显。以上研究结果有助于吸引科研人员或政策制定者更多的关注植物性别差异，将生态恢复的努力或尝试扩展到植物性别选择层面。通过种植柳树进行沙漠化初期治理可以适当增加柳树雌性比例，这样能够提高柳树种群整体的抗压能力和种群弹性。