研究根茎型禾草的克隆生长特性在揭示草地植物的适应对策中具有重要意义.本研究在观测24种根茎型禾草地上、地下克隆生长格局的基础上,选择3种代表性禾草,采用"单位土体挖掘取样法",对其芽库及克隆构件季节性变化进行监测.结果表明:(1)根茎型禾草的克隆生长格局包含三类:(Ⅰ)以无芒雀麦为代表的"短根茎平面扩展型"、(Ⅱ)以赖草为代表的"长根茎平面扩展型"和(Ⅲ)以白草为代表的"空间层片扩展型".(2)白草的分蘖(540～680个·m-2)、节间(3200～4600个·m-2)和芽库(350～1000个· m-2)密度成倍数高于其他2种禾草,其空间克隆生长能力最强(P≤0.05);赖草的节间密度(1300～1700个·m-2)和长度(3.5～4.0 cm)显著高于无芒雀麦的节间密度(70～320个·m-2)与长度(1.0～1.5 cm),根茎延伸能力较后者强(P≤0.05).(3)无芒雀麦的分蘖密度与分蘖芽呈正相关,但与向上芽呈负相关,呈"密集型"生长(P≤0.05);赖草的分蘖密度和节间密度与根茎芽、分蘖芽、水平芽和向上芽的芽密度均呈正相关,呈"密集-游击型"过渡生长;白草分蘖密度和节间密度均与根茎芽呈正相关,呈"游击型"生长.结合研究区干旱、夏季高温、冬季寒冷、土壤贫瘠等特点,"密集-游击型"生长的赖草既可以集中利用资源,也可以索取分散资源,更易于在该区形成优势种群.通过分析芽库、克隆构件的分布与数量关系,了解根茎型禾草克隆生长特性,有助于揭示植物在群落中的分布,为退化草地的恢复提供有益参考.

植物的生活史由其有性生殖构件和营养体构件相互作用共同完成,克隆整合作为克隆植物的重要特征,其与有性生殖特征的相互作用关系却所知很少.该研究通过同质园种植实验,分析了空心莲子草的分株表型、生理、性别等与克隆整合的关系.结果表明:(1)克隆整合以及分株间是否连接对空心莲子草的表型特征、气体交换等生理性状和性别特征均有显著影响.(2)克隆整合显著缩小了雌雄同花和雄蕊心皮化两种性别植株间表型特征的差距,后代的性别特征与营养体表型特征显著相关.(3)在贫瘠的沙土基质中克隆整合明显增加了空心莲子草的营养体生长特征和气体交换等光合生理指标,但这种增加在富含有机质的塘泥基质中不明显.(4)居于不同土壤基质分株间的联系会减少分株表型特征和气体交换对生长环境的响应,并保持母体性别特征不受环境的影响,但单独居于沙土或塘泥单一土壤基质的分株性别特征却因受到环境影响而改变.因此,克隆整合有利于空心莲子草性别特征的稳定.

芦苇分布广、耐性强,被广泛应用于污染修复,无性繁殖是其种群繁衍和维持的主要方式.在大气CO2浓度升高的背景下,重金属污染将如何影响芦苇的克隆生长还不清楚.本实验以芦苇为研究对象,在人工气候室模拟大气CO2浓度(380±20 μmol·mol-1)和倍增浓度(760±20 μmol·mol-1),设置铅处理浓度0、300、500、1500、3000 mg·kg-1,探讨在铅污染以及CO2倍增的双重影响下芦苇的克隆繁殖响应.随着铅处理浓度增加,根茎数和根茎长度、根茎节芽、根茎顶芽和总芽数显著减少,分蘖节芽数呈先增加后减少但均大于对照,根茎子株数显著增加,分蘖节子株数和总子株数无显著变化,芦苇各器官铅含量显著增加.CO2浓度倍增条件下,相同浓度铅处理芦苇的根茎数、根茎长度、各类型芽数和子株数显著增加或呈增加趋势;芦苇吸收、积累的总铅含量增加,主要积累在根,但无性繁殖器官根茎和光合器官茎和叶中铅含量显著减少.以上结果表明,大气CO2浓度升高能减缓铅污染对芦苇克隆生长的负面影响,增强芦苇的克隆生长和种群稳定,主要通过增强构件成本较低的集群生长模式、增加根茎延伸促进芦苇游击生长模式和有效的铅分配策略.

朝鲜崖柏为长白山植物区系特有树种,是国家Ⅱ级重点保护的珍稀濒危植物.通过调查长白山区天然分布朝鲜崖柏种群的生境条件和克隆构件的形态学指标,分析了朝鲜崖柏克隆种群特征,并基于构件理论,采用灰色关联及通径分析方法,对种群构件与土壤因子的关系进行研究.结果表明:1)朝鲜崖柏克隆种群具有较强的表型可塑性,分布于暗针叶林下的朝鲜崖柏克隆种群分株间隔子长、地上扩张域、分株间距高于朝鲜崖柏纯林群落,种群构件变异性较高.2)朝鲜崖柏克隆生长格局介于密集型和游击型之间,具有快速克隆扩张能力和明显的斑块状.在土壤贫瘠的纯林群落内,种群更趋近于密集型分布;在土壤条件较好的暗针叶林下,更趋于游击型分布.3)朝鲜崖柏克隆种群生长对土壤异质性的响应具有特殊性,土壤水分是影响朝鲜崖柏种群扩张的最关键因子,土壤pH值、土壤腐殖酸、土壤速效磷、土壤速效钾是影响朝鲜崖柏克隆种群构件较重要的因子.4)土壤养分直接影响克隆植物构件特征及生态适应对策,各克隆分株构件受土壤养分影响的排序为速效磷＞速效钾＞有机质＞全氮.

空间拓展是克隆植物响应环境的生态适应和权衡维度,以内陆盐沼湿地典型代表敦煌阳关国家级自然保护区内的芦苇(Phragmites australis)为研究对象,基于水库距离远近和芦苇种群的密度与盖度,设置了近水区(500 m)、过渡区(1500 m)、荒漠区(2500 m)3个不同的采样梯度,研究了环境异质条件下芦苇克隆构件空间拓展策略及其对土壤环境因子的响应.结果 表明:(1)芦苇克隆构件在异质环境条件下差异显著,初级根茎条数、根茎节间长、间隔子长、分枝角度呈现“同增同涨”的协同进化关系(P＜0.01),而与分株数呈现“此消彼长”的权衡关系(P＜0.01).(2)且随着种群的密度降低,芦苇在空间拓展过程中呈现从“密集型”转“游击型”的生存策略.(3)冗余分析显示土壤水分、pH值、盐分是克隆构件空间拓展的主要驱动力,其中各层土壤水分、深层土壤pH值和盐分是芦苇空间拓展最重要的环境因子.明晰内陆河湿地芦苇克隆构件空间拓展策略及主要的环境驱动力,能为干旱脆弱敏感区湿地保护和生态恢复提供借鉴意义.

克隆植物根茎具有营养繁殖和扩展种群的功能,也是芽和分株生理整合的通道.根茎构件具有出生、死亡及年龄等种群统计特征,不同龄级根茎的季节动态可以反映根茎的存活和衰老过程.采用单位土体挖掘取样,对扎龙湿地4个生境芦苇种群根茎构件进行野外调查,比较不同龄级根茎长度、生物量和干物质贮量的季节动态.结果 表明:7-10月份,1a根茎长度、生物量和干物质贮量均呈指数函数增加,在生长季中后期有一个持续时间较长的生长和物质积累时期.6-10月份,2a、3a根茎长度呈线性函数增加,4-6a根茎长度呈线性函数减少;2-4a根茎生物量和2-5a根茎干物质贮量呈二次函数先减少后增加,5a、6a根茎生物量和6a根茎干物质贮量呈幂函数减少.整个生长期内,根茎长度和根茎生物量均以3a最大,根茎长度以最高的6a最小,根茎生物量以最低的1a最小;根茎干物质储量以5a最大,以最低的1a最小.4个生境芦苇种群根茎长度、生物量和干物质贮量在龄级间的差异及差异序位稳定,在新根茎的产生、老根茎的存活以及根茎寿命与养分消耗和储藏上均具有稳定的生物学特性,不同龄级根茎在种群中的地位和作用以及对种群的贡献不同.

构建PCDH-His-LprA-FLAG慢病毒表达载体,同时分析其在293T细胞中的过表达.将结核分枝杆菌标准菌株H37Rv的DNA当成分析模板,对结核分枝杆菌脂蛋白A(LprA)基因实施扩展处理.通过连接慢病毒载体pCDH-CMV-MCS-EF1-Puro的T4酶,塑造pCDH-LprA.采用PCR测序完成阳性克隆载体的检测;采用重组质粒以及协同质粒融合转染293T细胞包装病毒,获取慢病毒颗粒上清液,通过梯度稀释法完成病毒滴度的检测,采用Western blot对病毒在293T细胞基因的表达实施检测.成功塑造PCDH-His-LprA-FLAG慢病毒表达载体.病毒侵染的293T细胞内PVRL-2的表达量提升了100倍,PPARa的表达量提升4.5倍.蛋白结构预测说明Necitn-2是包含信号肽的跨膜蛋白.PPARa表达量提升导致结核分枝杆菌相关基因的活化,提升机体免疫力,信号肽和跨膜结构说明LprA蛋白会同膜中蛋白受体融合,驱动下游脂代谢的信号通路.Mtb细菌的LprA脂蛋白能够控制巨噬细胞、促进细胞增长和吞噬能力.通常情况下,慢性病毒可以进行细胞侵染的种类较多,且慢病毒可以将表达载体整合到宿主细胞的基因组上,实现在宿主细胞上连续的目的基因表达.慢性病毒具有的这种特点被广泛应用于细胞体外实验中.因此将含有毒性的Mtb因子当成治疗结核病的疫苗,为结核病的治疗提供了可靠的分析依据,将LprA当成预防以及治疗结核病的药物靶点.

芦苇是典型的长根茎型克隆植物,天然种群主要依靠根茎的营养繁殖进行更新.采用单位土体挖掘取样,按实际生活年限划分根茎龄级的方法,对扎龙湿地芦苇种群不同龄级根茎进行调查.结果 表明,6月份,4个生境芦苇种群根茎构件均由2—6a的5个龄级组成,7-10月份均由1-6a的6个龄级组成.6-10月份,1a根茎长度比率逐渐增加;除盐碱生境略有增加外,其他3个生境2a、3a比率均小幅减少;4-6a比率逐渐减小,根茎长度比率均以3a最大,依次是2a,4a,1a,5a,最高的6a最小.1—3a根茎生物量比率逐渐增加;4-6a比率逐渐减小,均以3a根茎生物量比率最大,依次是4a,2a,5a,6a,以最低1a最小.不同龄级根茎长度和生物量比率与返青后实际生长时间之间均较好地符合直线函数关系(R2＞0.91,P＜0.01;R2＞0.81,P＜0.05),6-9月份,根茎长度呈衰退型年龄结构,10月份又转为稳定型结构,整个生长季根茎生物量均为衰退型结构.不同龄级根茎构件在芦苇种群中的地位和作用不同,根茎构件的年龄结构蕴含着种群调节的重要信息.

为探讨中国沙棘(Hippophae rhamnoides ssp.sinensis)伐桩萌枝的养分投资与分配机制,以陕西省定边县15a中国沙棘人工林为研究对象,设置不平茬(对照)和平茬高度0、10、20 cm处理,分析伐桩萌枝能力、非结构性碳水化合物(NSC)对平茬高度的响应规律及其因果关系.结果显示:(1)随平茬高度增大,伐桩萌枝数量上升,萌枝存活力及生长能力先升后降;各个构件NSC含量先升后稳或先升后降,所有平茬处理均显著高于对照.(2)各个构件NSC储量先升后降,平茬10 cm时叶片、根系及整个克隆NSC储量均显著高于对照.(3)地上构件NSC分配比例先升后降、地下构件则先降后升,平茬10 cm时叶片、根系NSC分配比例最高且明显高于对照.(4)萌枝生长量与叶片NSC含量、储量呈显著正相关,萌枝数量及萌枝存活数量与其具有正相关趋势.研究表明,适当高度平茬可提高叶片和根系的NSC含量、储量及其分配比例,从而促进伐桩萌枝生长及其存活;中国沙棘叶片和根系的NSC含量、储量及其分配比例均以平茬10 cm时最大,且萌枝生长及存活能力最强.

为构建种群动态模型以指导沉水植被修复工程实践,研究采用同质园实验方法对6种常见沉水植物(竹叶眼子菜(Potamogeton wrightii)、眼子菜(P.distinctus)、光叶眼子菜(P.lucens)、穿叶眼子菜(P.perfoliatus)、扭叶眼子菜(P.intortifolius)和苦草(Vallisneria natans)的克隆生长模式进行了连续观测研究,获取了分株形成速率、空间扩张速率、株高增加速率等种群扩张动态参数,及分株数、间隔子长度、分株高度等克隆构件特征参数.结果表明,6种沉水植物的分株数从28d开始增长,其中苦草的分株形成速率最高,平均为1.09株/d,分株形成最大速率出现在55d之后;穿叶眼子菜和扭叶眼子菜的分株形成速率低于苦草,但是高于竹叶眼子菜、眼子菜和光叶眼子菜,最大速率出现在41d之后.虽然苦草的分株最多,但是分株的株高最低,其株高增长速率均值为0.2 cm/d.眼子菜属物种中竹叶眼子菜和眼子菜株高增长速率最高,光叶眼子菜的株高增长速率和分株形成速率都最低.克隆系占据面积随时间的扩张速率为穿叶眼子菜(113.22 cm2/d)＞扭叶眼子菜(71.70 cm2/d)＞苦草(35.48 cm2/d)＞竹叶眼子菜(12.09cm2/d)＞眼子菜(3.07cm2/d)＞光叶眼子菜(0.53 cm2/d).此外,研究还发现眼子菜属植物普遍表现出匍匐茎上"节"的形成,而苦草则不具备这种特性,匍匐茎"节"的形成及随之形成的不定根在眼子菜属植物空间扩张过程中具有重要的生态功能,并在种群构建方面与苦草等其他物种发生分异.基于眼子菜属植物匍匐茎上的"节"可以形成跳跃性的分株,在种群面积扩张方面更具优势;而苦草形成分株的数量更多、速度更快,在提高种群密度保障种群稳定方面更有优势.