[目的]横断山脉北部生物多样性丰富,最近10多年,有许多关于该区域生物多样性的考察报道.考察队于2023年6-8月在横断山北部开展植物多样性和植被结构调查,获得了不少新的考察成果.[方法]通过野外调查对植物进行采集和拍照,制作标本,并进行分类鉴定.[结果]报道采自西藏横断山北缘昌都察雅地区的8个西藏新记录种.分别为矮麻黄(Ephedra minuta Florin)、柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)、炉霍杜鹃(Rho-dodendron luhuoense H.P.Yang)、长柱直枝杜鹃(R.orthocladum var.longistylum Philipson et M.N.Philip-son)、千里香杜鹃(R.thymifolium Maxim.)、南方雪层杜鹃(R.nivale Hook.f.subsp.australe Philipson et M.N.Philipson)、茵陈蒿(Artemisia capillaris Thunb.)、细穗藜[Chenopodiastrum gracilispicum(H.W.Kung)Uo-tila].[结论]新分布植物的发现对于补充西藏横断山区植物区系具有重要意义.凭证标本保存于宜宾学院植物标本室.

[目的]前山带是天山北坡山地-绿洲-荒漠生态系统的重要组成部分,探讨植物对干旱胁迫的动态生理适应性和抗旱性评价方法,筛选植被恢复的适宜树种,对该区域植被生态恢复具有重要意义.[方法]以新疆天山北坡前山带种植的12种植物为研究对象,观测灌水后土壤水分时空变化,分析干旱和复水对植物光合和抗逆生理指标的影响,采用主成分分析评价12种植物的抗旱能力.[结果](1)干旱胁迫后,土壤水分散失在0-20 cm层最快,20-40 cm层次之,40-60 cm层最慢,不同植物采用不同策略改变生长情况来适应干旱;(2)干旱胁迫后,叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、胞间CO2浓度(Ci)、PSⅡ潜在活性(Fv/Fo)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、电子传递速率(ETR)和叶绿素含量降低,而抗逆生理指标超氧化物歧化酶(SOD)活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量及非光化学淬灭系数(qN)升高,复水后各指标都有一定程度的恢复,但均未达到初始水平;(3)主成分分析结果显示,P、叶绿素含量、ETR和MDA含量等指标贡献率较大,梭梭、柽柳、刺蔷薇和柠条锦鸡儿抗旱性较强,'中亚沙棘'、'新棘5号'、'新棘1号'和山杏次之,而'新棘4号'、'新棘3号'、文冠果和'新棘2号'较弱.[结论]Pn、叶绿素含量、ETR和MDA含量可作为评价植物适应干旱的重要指标;新疆天山北坡前山带植被生态恢复应优先选择梭梭、柽柳、刺蔷薇及柠条锦鸡儿进行建植.

确定植物种的生态恢复适用性对绿化物种选择具有重要意义.本研究基于氢氧稳定同位素技术,以兰州市南山相似生境下狭叶锦鸡儿(Caragana stenophylla)和柠条锦鸡儿(C.forshinskii)为对象,采用直接对比法和贝叶斯混合模型(MixSIAR)对生长季两种锦鸡儿的水分来源差异进行定性和定量分析.结果表明:两种锦鸡儿有多个吸水层,是非单一水源植物,生长季狭叶锦鸡儿主要吸水层位具有月份差异性,而柠条锦鸡儿除了 9月,其他月份主要水源均来自中深层(70～130 cm),贡献率达80％以上;降水发生后,狭叶锦鸡儿会转为利用表层(0～30 cm)土壤水,柠条锦鸡儿对降水响应不敏感;柠条锦鸡儿的主要吸水层位较为稳定,面对干旱胁迫时狭叶锦鸡儿能转换主要吸水层,具更灵活的吸水方式,干旱适应性优于柠条锦鸡儿,作为干旱区的绿化物种优势更为突出.

水分是干旱沙区植被重建和恢复的主要限制性因子,土壤有效水分含量直接影响植物木质部水分运输能力.但是不同水分条件下不同物种、不同年龄木质部水力特性和叶片气体交换的差异以及土壤水分含量对其影响的相关研究目前尚不明确.因此,该研究以10年和30年树龄人工固沙区的柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)和中间锦鸡儿(C.liouana)为实验材料,研究它们在旱季和雨季下水力特性和光合特性的差异及其关系.研究结果表明,树龄对柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿木质部导水率、导水率损失百分比、叶片水势和相对含水量等无显著的影响,而土壤水分含量对其功能性状的影响较显著.树龄和土壤水分含量均对灌木叶片光合作用有显著影响,但在土壤水分条件良好的情况下树龄对其影响不显著.此外,土壤含水量与叶片水分含量和木质部茎比导水率之间呈显著的正相关关系;木质部导水率与叶片水分状态和气孔导度也存在显著的正相关关系,而光合速率与木质部导水率和叶片水分含量存在显著正相关关系,这表明土壤水分含量通过影响木质部导水率和栓塞程度而直接影响了叶片水分状况和光合碳同化能力.总而言之,柠条锦鸡儿和中间锦鸡儿的木质部导水能力和叶片光合碳同化能力显著地响应了土壤水分含量的变化.

柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii)是晋西北丘陵风沙区主要的退耕还林植物,在维持群落物种多样性、生态系统稳定和土壤环境恢复等方面发挥着非常重要的作用.为探究不同林龄柠条锦鸡儿人工林生态系统碳(C)、氮(N)、磷(P)化学计量特征与叶片光合作用和土壤环境因子之间的相互关系,该研究以晋西北丘陵风沙区不同林龄(0、6、12、18、40和50年)柠条锦鸡儿人工林植物叶片和土壤为研究对象,分析了柠条锦鸡儿叶片和土壤C、N、P化学计量的变化特征及其相互关系.结果表明:1)随着林龄的增加,柠条锦鸡儿叶片C、N含量显著增加,P含量呈先增加后减少的趋势,叶片的C、N、P含量分别在434.14-452.26、15.72-28.11、1.32-1.95 g·kg-1之间,其中叶片C、N含量均在林龄50年达到最大值,而叶片P含量在林龄18年达到最大值;叶片C∶N呈先增加后减少的趋势,林龄18年达到最大值,N∶P呈显著增加趋势,林龄50年达到最大值.叶片的光合色素(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素含量)随着林龄增加呈显著下降的趋势,叶片的C、N含量对光合色素含量变化具有显著的影响.2)土壤含水量在0-20 cm土层呈先增加后减少趋势,尤其在林龄18年之后显著下降;0-20 cm土层中的土壤有机碳(SOC)和全氮(STN)含量随着林龄的增加而增加,土壤全磷(STP)含量无显著变化.土壤C∶N、C∶P和N∶P随着林龄的增加呈增加的趋势.3)柠条锦鸡儿人工林土壤含水量与SOC和STN含量具有显著正相关关系,SOC和STN含量之间也呈显著的正相关关系;柠条锦鸡儿叶片N和P含量具有显著正相关关系;叶片C、N含量与土壤SOC、STN、STP含量之间均呈显著正相关关系,与土壤含水量呈负相关关系,叶片化学计量比与土壤化学计量比之间呈显著正相关关系.随着林龄的增加,柠条锦鸡儿人工林主要受P含量及土壤含水量的影响.该研究结果对系统了解柠条锦鸡儿人工林生态系统的养分变化,养分调控和抚育管理具有指导意义.

叶功能性状能够反映植物对外界环境的适应策略.本研究以晋北黄土丘陵沟壑区不同种植方式柠条锦鸡儿人工林(柠条锦鸡儿纯林、柠条锦鸡儿-油松混交林、柠条锦鸡儿-樟子松混交林)为对象,调查了柠条锦鸡儿叶片主要功能性状特征及环境因子,并采用单因素方差分析、简单效应分析、冗余分析探讨了柠条锦鸡儿叶功能性状特征及其对环境因子的响应.结果表明:(1)不同种植方式下柠条锦鸡儿叶功能性状存在显著差异,纯林中柠条锦鸡儿叶厚度、叶干物质含量显著高于混交林,比叶面积、叶磷含量显著小于混交林,其余性状在纯林与混交林间无明显变化规律.(2)柠条锦鸡儿叶功能性状变异系数为1.9％～43.7％,各功能性状种内变异程度不同,总体来看,比叶面积(40.2％)、叶面积(39.8％)变异程度较大,叶干物质含量(7.9％)变异程度最低,其余功能性状较稳定.(3)环境因子和种植方式均对柠条锦鸡儿叶功能性状有显著影响,种植方式通过改变林冠结构间接对叶功能性状产生影响,林冠开度(15.7％)对柠条锦鸡儿叶功能性状变异解释最高,其次为土壤容重(13.6％)、全氮(10.7％)、土壤含水量(10.7％)、林下总辐射(9.2％),是影响柠条锦鸡儿叶功能性状的关键环境因子;控制柠条锦鸡儿各叶功能性状变异的主要环境因子不同.研究表明,柠条锦鸡儿通过调整比叶面积、叶干物质含量、叶厚度及磷含量适应不同种植方式下的群落环境;并通过减小比叶面积,增大叶干物质含量、叶厚度来增强自身防御与养分存储能力,增强对该区域贫瘠干旱环境的适应性.植物叶功能性状会随种植方式影响的群落内环境因子变化而变化,因此进行植被恢复筛选树种时,应考虑区域环境及种植方式的影响.

在库布齐沙漠东段选取人工油蒿+杨柴半灌木混交林、人工柠条锦鸡儿灌木林和人工沙柳灌木林3种人工固沙灌木林为对象,以流动沙地为对照,研究了不同人工固沙灌木林土壤微生物生物量碳和氮、土壤微生物数量、土壤养分变化特征及其相互间的关系,并运用综合指数法对不同人工固沙灌木林的土壤恢复效果进行评价.结果表明:与流动沙地相比,3种人工固沙灌木林土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷含量均有不同程度的提高,表现为油蒿+杨柴林地＞柠条锦鸡儿林地＞沙柳林地,且均随土层加深而依次降低;3种人工固沙灌木林土壤微生物数量、微生物生物量碳和氮均较流动沙地有不同程度的提高,油蒿+杨柴林地土壤微生物生物量碳氮和细菌相对数量高于柠条锦鸡儿林地和沙柳林地,而真菌与放线菌相对数量则表现为柠条锦鸡儿林地＞沙柳林地＞油蒿+杨柴林地;影响3种人工固沙灌木林土壤细菌相对数量、微生物生物量碳和氮的因素是土壤有机质、全氮、全磷、速效氮、速效磷含量及C/N,而放线菌、真菌相对数量主要受土壤全磷、速效氮和速效磷含量的影响;不同人工固沙灌木林土壤质量排序为:油蒿+杨柴林地＞柠条锦鸡儿林地＞沙柳林地＞流动沙地,表明不同人工固沙灌木林的建植均能提高沙漠土壤质量,其中营造油蒿+杨柴半灌木混交林对提高土壤综合质量效果最好.

以巴丹吉林、腾格里、乌兰布和及库布齐沙漠的柠条锦鸡儿成熟叶片为研究对象,采用石蜡切片法,观察叶的横切结构,使用Motic Images Plus 2测定叶片厚度、栅栏组织细胞长和上、下表皮厚度等指标,分析比较4个沙漠的柠条锦鸡儿小叶解剖结构差异.结果表明:(1)生长环境不同,柠条锦鸡儿小叶在表皮、叶肉和叶脉结构上都存在差异,以巴丹吉林沙漠与库布齐沙漠的差异性最为显著.(2)干旱环境下,叶片变小、变厚,栅栏组织和维管束组织更为发达,巴丹吉林沙漠最为干旱,叶片最厚,栅栏组织细胞层数最多、细胞最长,导管列数最多;库布齐沙漠水分条件最好,叶片最薄,栅栏组织细胞最短且层数最少,导管列数最少.(3)对柠条锦鸡儿小叶解剖结构的各项指标与环境参数进行相关分析发现,温度和降水是影响柠条锦鸡儿小叶解剖结构变化的主要因素.

水分胁迫是干旱半干旱区限制植物生长的主要因素.以干旱半干旱区的3种锦鸡儿属植物为研究对象,从生态适应策略角度来分析3种锦鸡儿植物产生生态分离的原因.对三种锦鸡儿属植物茎干叶片的显微结构、生理功能(导水率、光合速率以及水分利用效率)进行测定,并统计了3种锦鸡儿植株的形态特征,如一、二级枝的直径、长度、末端叶面积.结果表明:三种锦鸡儿属植物都能形成较小的导管直径来适应旱生环境,但是在导水结构上又表现出一定的差异性.中间锦鸡儿的导管直径最小,次脉密度和最大净光合速率最大;柠条锦鸡儿的导管直径、叶片厚度和比叶重(LMA)最大.小叶锦鸡儿在导水率下降50％时的水势(P50)最大,水分胁迫时极易发生栓塞,但正是由于导管的栓塞降低了水分运输效率,使其在旱生环境中能够通过减少水分的供应来降低水分的丧失,从而保证自身生长的水分需求;而中间锦鸡儿则主要通过减小导管直径来适应旱生环境;柠条锦鸡儿的水分利用效率最高,抗栓塞能力最强,抗旱性最好,同时柠条锦鸡儿可以通过减少蒸腾面积来减少水分的丧失.植物的导管直径大小、叶片厚度、LMA、叶脉密度对植物导水速率、光合速率等生理功能都有一定的影响.

旨在克隆柠条锦鸡儿△1-吡咯啉-5-羧酸合成酶基因(P5CS)的全长cDNA序列,研究其组织表达特异性,分析CkPSCS基因在低温、高盐和PEG处理下的表达情况,以阐明CkP5CS基因在柠条锦鸡儿中的生物学功能.利用RACE技术克隆P5CS基因cDNA序列,并对其全长基因进行生物信息学分析;构建系统发育树,研究其与相似序列的同源性;利用实时荧光定量PCR方法,分析CkP5CS基因的组织表达特异性以及在低温、高盐和渗透胁迫下的表达情况.结果显示,克隆得到柠条锦鸡儿P5CS基因全长cDNA序列,命名为CkP5CS,全长2 604 bp,包括5’非翻译区(5’-UTR) 102 bp,3’非翻译区(3’-UTR) 363 bp,开放阅读框2 139bp,能编码712个氨基酸,预测蛋白质分子量为76.8 kD,理论等电点为8.6,二级结构主要包括α-螺旋、延伸链和无规则卷曲.多序列比对和系统进化分析表明,柠条锦鸡儿P5CS与白刺花SdP5CS、大豆GmP5CS、豇豆VuP5CS同源性较高,分别为85.1％、84.2％和82.6％.实时荧光定量PCR结果显示,CkP5CS在柠条锦鸡儿的根、茎和叶中均有表达,没有组织特异性;同时,该基因的表达受低温、高盐和渗透胁迫的诱导.克隆得到柠条锦鸡儿CkP5CS基因,其在柠条锦鸡儿适应低温、高盐和渗透胁迫过程中发挥作用.