以抗逆性较强的荒漠植物花花柴为材料,利用数字基因表达谱技术对用质量百分数20％的PEG溶液处理0、4、8、12和24 h后的花花柴幼苗的mRNA-Seq测序结果进行分析.结果表明,花花柴幼苗叶部在不同处理时间均上调表达的基因有122个,下调表达的基因54个,根部在不同处理时间均上调表达的基因73个,下调表达的基因79个.利用qRT-PCR和RT-PCR对可能与花花柴耐旱相关的6个差异表达基因进行了验证,发现其表达模式与表达谱结果一致,推测这些基因可能均与花花柴响应干旱胁迫相关.本研究为耐旱相关基因的发掘及应用提供了基础.

目的 明确狭叶花花柴Kareliniacaspia (Pall.) Less.f.angustifolia Smolj.基原,为该药材的鉴别开发利用提供依据.方法 考证狭叶花花柴文献,研究并记述狭叶花花柴植物形态、生药特征、各部分组织粉末显微特征及成分类别进行分析.结果 提供了狭叶花花柴使用的历史依据,生药和理化鉴定数据,得到了狭叶花花柴中未曾记载的生药特征.结论 为狭叶花花柴的资源利于与开发提供一定的科学依据.

高温胁迫可引起植物体内生长素类激素含量和活性变化,也可影响其生理生化过程进而产生胁迫蛋白以提高自身抵抗或适应逆境的能力.根据高温胁迫下花花柴转录组测序分析结果,发现生长激素合成相关基因bHLH显著上调,通过PCR克隆获得该基因碱基序列,命名为KcbHLH71,并利用定量PCR对高温胁迫下该基因的表达模式进行分析.结果 显示,花花柴KcbHLH71基因完整ORF为1 038 bp,编码345个氨基酸,分子量大小为38.8 kD,pI为6.8;编码蛋白含有bHLH蛋白家族的特征基序列和保守结构域,有信号肽,无跨膜结构,定位于细胞核.系统发育结果显示花花柴KcbHLH71与菊科的向日葵、莴苣bHLH71蛋白的相似性分别为88％和83％,即认为它们同源性最高,亲缘关系最近.表达分析结果显示,高温胁迫下,花花柴KcbHLH71基因2h的表达量受到最大抑制,之后逐渐上升,当12h时达到高峰,12～24 h再次出现下降,但仍高于对照水平.以上研究结果表明,高温可以显著诱导KcbHLH71基因的表达,推测该基因可能参与花花柴响应高温胁迫的正调控.

目的 研究花花柴Karelinia caspia (Pall.) Less地上部分的化学成分.方法 花花柴地上部分甲醇提取物采用硅胶、Sephadex LH-20及反相MCI色谱进行分离纯化,根据理化性质及波谱数据鉴定所得化合物的结构.结果 从中分离得到13个化合物,分别鉴定为柽柳素(1)、万寿菊素(2)、山柰酚(3)、棕矢车菊素(4)、金圣草黄素(5)、槲皮素(6)、芹菜素(7)、对羟基桂皮酸脂-4-O-β-D-吡喃糖苷(8)、4’,3,5,7,-四羟基-3’-6二甲氧基黄酮(9)、木犀草素(10)、蒲公英甾醇醋酸酯(11)、豆甾醇(12)、单棕榈酸甘油酯(13).结论 化合物2～5、7、10、13为首次从该植物中分离得到.

以塔里木河河岸边、过渡带、沙漠边缘样地调查数据为基础,采用成对相关函数g(r)分析了3个生境胡杨群落的空间分布格局及关联性.结果 表明:不同生境下胡杨种群的结构特征存在差异.胡杨种群年龄结构在河岸边样地呈反“J”型,属于增长型种群;过渡带样地呈偏正态分布,属于稳定型种群;沙漠边缘样地呈典型的反“L”,属于衰退型种群.不同生境下胡杨群落的空间分布格局表现也不同.河岸边样地,花花柴(Karelinia caspia)、假苇拂子茅(Calamagrostis pseudophragmites)、芦苇(Phragmites australis)和多枝柽柳(Tamarix ramosissima)分布均呈聚集分布,而罗布麻(Apocynum venetum)主要呈随机分布;过渡带样地,罗布麻和骆驼刺(Alhagi sparsifolia)表现为聚集分布,而黑果枸杞(Lycium ruthenicum)和胡杨小尺度上呈聚集分布,随着尺度增加,表现为随机分布;沙漠边缘样地,白茎盐生草(Halogeton arachnoideus)呈聚集分布.不同生境下胡杨群落的空间关联表现也不同.河岸边样地,胡杨与假苇拂子茅、胡杨与大叶白麻(Poacynum hendersonii)、假苇拂子茅与芦苇、芦苇与多枝柽柳的关联性均为正相关;过渡带样地,铃铛刺(Halimodendron halodendron)与黑果枸杞、黑果枸杞与花花柴、黑果枸杞与铃铛刺、铃铛刺与骆驼刺、花花柴与骆驼刺、骆驼刺与花花柴、蓼子朴(Inula salsoloides)与花花柴均呈正相关,而罗布麻与多枝柽柳呈负相关;沙漠边缘样地,刺沙蓬(Salsola ruthenica)与白茎盐生草呈负关联.

以塔克拉玛干沙漠南缘典型荒漠豆科植物骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和菊科植物花花柴(Karelinia caspia)为对象,研究单一骆驼刺种群(LTC)、单一花花柴种群(HHC)及骆驼刺-花花柴群落(GSQL)中植物及土壤中碳(C)、氮(N)、磷(P)、钾(K)等养分的生态化学计量学特征.结果 表明:骆驼刺-花花柴群落中土壤有效N(AN)、有效K(AK)含量及N:P、N∶K显著高于单一花花柴种群;骆驼刺-花花柴群落中花花柴叶片的全N含量显著高于单一花花柴种群,骆驼刺-花花柴群落中骆驼刺叶片的全P含量显著高于单一骆驼刺种群.相关性分析显示:不同生境土壤的AK含量与N∶P及AN含量呈显著正相关,而与SOC呈负相关;不同生境下叶片中的全K含量与SOC、全N、全P含量呈显著正相关,叶片中的全N含量与SOC、全P亦呈显著正相关,而N∶P与SOC、全P含量呈显著负相关;土壤中SOC含量与叶片中全P、全K含量呈正相关,而与N∶K呈负相关;土壤有效N含量与叶片N∶K呈正相关,而与叶片4种元素含量均呈显著负相关;土壤有效K含量与叶片中4种元素含量均呈显著负相关,而与叶片N∶K呈正相关;土壤N∶P、N∶K则分别与叶中全C、全P、全K呈显著负相关.综合分析认为:相较于单一种群,骆驼刺与花花柴的群落能够在一定程度上提高土壤养分,改善植物的营养状况,显示出豆科植物骆驼刺在群落演替中重要作用.

盐生植物花花柴(Karelinia caspia)适应盐碱生境的主要策略是通过叶片盐腺将体内积聚过多的Na+排出体外而避免盐害,以增强其耐盐性.然而,花花柴泌盐分子机制仍不清楚.研究表明,质膜Na+/H+逆向转运蛋白SOS1介导的Na+外排可能在其泌盐过程中起重要作用.基于此,本研究以花花柴叶片总RNA为模板,采用反转录PCR方法获得了KcSOS1干扰片段.采用In-Fusion无缝连接方法,构建了CaMV35S启动子驱动的含有Kc-SOS1片段反向重复序列的RNA干扰(RNAi)植物表达载体pART27-KcSOS1-RNAi (PKR).最后,通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法,将PKR转入花花柴,经抗性筛选及分子检测获得了KcSOS1-RNAi转化株系.初步证实,盐胁迫下KcSOS1-RNAi株系叶片Na+分泌速率较野生型明显降低.实验结果为揭示KcSOS1在花花柴泌盐中的作用提供参考.

植物种间的相互关系通过相关微生物直接或间接的影响来实现.豆科与非豆科植物的互作是研究植物种间关系的理想模型,但是对其互作关系中氮素固定和微生态过程尚不明确.以塔南荒漠优势植物疏叶骆驼刺(Alhagi sparsifolia Shap.)(豆科)和花花柴(Karelinia caspia(Pall.)Less)(菊科)为研究对象,研究了在不同生境(自然和小区)下两者互作对氮素固定和根际微生物的影响.结果 表明,在自然和小区两种生存环境下疏叶骆驼刺与花花柴都有氮素转移特征,并且这种转移特征在自然生境下更为明显.在自然生境中从疏叶骆驼刺转移到花花柴的氮素占花花柴总氮的50％左右,而在小区生境中只占30％左右.互作改变了花花柴各组织的化学计量比,在互作条件下花花柴叶片氮素含量比重增加.此外,疏叶骆驼刺与花花柴的互作降低了前者的根际细菌群落的Shannon index,并且改变了其根际土壤细菌的基因功能.互作对花花柴根际微生物群落没有显著影响,但在互作条件下疏叶骆驼刺根际土壤细菌中参与氮素转运的相关基因丰度显著高于单独种植,其中对细根根际土壤细菌的多样性及其基因丰度影响最大.且互作降低了疏叶骆驼刺细根的氮含量.因此,疏叶骆驼刺细根可能是疏叶骆驼刺和花花柴互作的关键部位.本研究为荒漠植被保护与恢复提供了科学依据.

植物花器官的生长发育与温度密切相关,高温会导致花器官畸形及体内激素含量的变化.为探究不同生境配合外施生长素(IAA)对花花柴(Karelinia caspia)花器官发育的影响,测定沙漠和人工绿地2种环境下及外施不同浓度生长素(IAA)的花花柴花器官大小(雌花花柱、雄花花丝)及花器官内激素含量的变化.结果表明,在花苞期合适的温度(27-30℃)能够促进花花柴花器官的生长,而在开花过程中,高温(38-40℃)可促进花花柴柱头伸长进而影响花器官生长,直至发育成熟.外施一定浓度的IAA对花花柴花器官的生长具有促进作用,沙漠环境中,外施0.3μmol/L的IAA促进作用最明显而人工绿地则为0.1μmol/L.

极端干旱区由于降水稀少,植被盖度低,太阳辐射强烈,以及土壤稳定性差,导致其凋落物周转不同于非干旱区.为探究极端干旱区凋落物分解规律,该研究利用凋落物分解袋法,以塔克拉玛干沙漠南缘沙漠-绿洲过渡带优势物种花花柴(Karelinia caspia)、骆驼刺(Alhagi sparsifolia)和胡杨(Populus euphratica)凋落叶为研究对象,设置不同的沙土掩埋处理:地表、2 cm和15 cm埋深,以模拟自然条件下凋落物分解环境,测定分解过程中凋落物质量和水溶性盐的变化特征.结果表明:极端干旱区凋落物分解速率与凋落物初始碳(C)含量、氮(N)含量、C:N和木质素含量的关系与非干旱区存在较大差异,在地表处理下,木质素含量越高,质量损失越快.不同分解环境下凋落物质量和水溶性盐损失具有显著差异,与15 cm埋深相比,地表和2 cm埋深处理显著增加了凋落物的质量损失和水溶性盐总量损失.地表处理增加了凋落物分解前期的水溶性盐溶解量.该研究表明,极端干旱区凋落物分解的驱动机制具有独特性,由于降水稀少,土壤微生物的活性较低,掩埋深度不是驱动凋落物分解的主要因素,极端干旱区凋落物的分解主要受其他非生物过程如太阳光辐射的影响.