青藏高原濒危药用植物尼泊尔黄堇的生理生态适应性及种群动态研究

发布时间：2018-01-26 05:03

  本文关键词： 尼泊尔黄堇(Corydalis hendersonii) 化学计量学 生理生态 适应机制 种群动态　出处：《兰州大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：尼泊尔黄堇(Corydalis hendersonii)为罂粟科紫堇属植物,多年生草本,生长在海拔4700-5900 m的青藏高原高寒山区,是青藏高原典型高寒植物和地道珍惜濒危藏药材“矮紫堇”的正品,全草入药。深入开展高寒濒危物种的生理生态适应性及种群动态研究,能为特种保护和驯化引种提供科学依据。因此,本研究运用生态化学计量学、植物生理生态学、稳定性碳同位素组成(δ13C)、生态位模型和基于DNA序列变异的种群动态研究等方法,探讨了濒危药用植物尼泊尔黄堇的C:N:P化学计量学与环境适应、生理生态适应对策、种群动态和潜在分布区变化,主要研究结果如下:1、揭示了在养分限制和充裕条件下,尼泊尔黄堇分别启用了养分储备和积累对策,以权衡生长和资源保存来适应严酷环境。研究表明,尼泊尔黄堇生长和分布受碳(C)、氮(N)、磷(P)等关键养分的限制,且受N的限制程度大于P。此外,还发现STN 0.75 mg g-1和STP 0.50 mg g-1分别是尼泊尔黄堇受N和P限制的阈值。2、阐明了尼泊尔黄堇具有很强的C:N:P化学计量学内稳态能力,这一动态平衡主要通过根的养分储备功能来实现并维持,这是其适应贫瘠环境的重要机制。研究结果表明,N、P含量和C:N、C:P、N:P的变异系数都呈现土壤地下部地上部整株,且尽管尼泊尔黄堇生境土壤N:P变异很大,但其组织N:P保持相对恒定;尼泊尔黄堇地上部和地下部N、P之间的关系取决于土壤养分状况,当生长受到N和P限制时,其通过组织中N、P的储备来缓冲环境养分的不足;反之其将更多N和P分配到地上部分以提高光合和生长能力。此外,还发现在不受养分和水分限制的条件下,地上部养分含量随生物量的增大而增大,但地下部养分含量随生物量的增大而降低。说明尼泊尔黄堇通过养分体内调控和平衡,来实现化学计量内稳态和适应贫瘠环境。3、揭示了土壤C:N≈17和N:P≈1.75是尼泊尔黄堇的最适宜生长土壤C:N:P化学计量比。研究表明,尼泊尔黄堇地上部和整株生物量同生境土壤C:N比呈二次凸曲线关系,最高值出现在土壤C:N≈17;地下地上生物量比同生境土壤C:N和N:P呈二次凹曲线关系,最低值出现在土壤C:N≈17和N:P≈1.75。4、阐释了“生长-抵御-资源保存”平衡策略是尼泊尔黄堇适应低温、干旱和贫瘠环境的重要生态对策。功能性状同气候因子间关系分析表明,尼泊尔黄堇最适宜生长年平均温度为-2.5℃,在此温度下其生物量最大,n利用效率和水分利用效率最低;以年平均温度-2.5℃为界,随温度的降低其各部生物量显著降低,但各部c、n、p含量、n利用效率和水分利用均显著升高,表明尼泊尔黄堇通过养分储存来节约资源利用的同时将更多的光合产物投资到非结构性碳水化合物等抵御低温胁迫的物质合成,以提高生存能力;随温度的升高其地上部生物量和c、n、p含量显著降低,但地下地上生物量比、养分和水分利用效率及地下部c含量显著升高,表明为适应高温和干旱,尼泊尔黄堇将更多的光合产物分配到地下部分,用于提高资源获取能力。年均降水量300mmyr-1和土壤含水量20%可能是限制尼泊尔黄堇生长的水分阈值。在干旱贫瘠的环境中,尼泊尔黄堇通过降低生物量生产,并将更多的养分(n、p)和生物量分配到地下部分,同时提高地上组织的n利用效率及水分利用效率。反之,其提高养分吸收和生物量生产,并将更多的养分分配到地上部分,降低n利用效率及水分利用效率,以实现生长和资源节约平衡。5、阐明了尼泊尔黄堇属于c3植物,有很强的耐贫瘠能力,其分布主要受水分的限制。研究结果表明,作为c3植物,尼泊尔黄堇地上、地下和整株组织中的δ13c平均值分别为-25.87‰、-25.71‰和-25.79‰;在土壤δ13c-20‰的情况下,各组织δ13c同生境土壤δ13c呈显著正相关关系,生境土壤δ13c同土壤养分呈显著负相关,表明尼泊尔黄堇具有很强的耐贫瘠能力;尼泊尔黄堇各组织δ13c值同map、干旱指数、土壤含水量和比叶面积呈显著负相关,同海拔、降水陆性指数和比叶重呈显著正相关,说明水分是限制尼泊尔黄堇生长和分布的关键生态因子。6、生态位模型模拟发现尼泊尔黄堇在末次间冰期分布很局限,在末次盛冰期发生了明显的种群扩张,同末次盛冰期相比当前的潜在分布范围又发生了收缩,其未来分布范围将会进一步收缩。基于叶绿体dna序列变异的中性检验结果显示,尼泊尔黄堇整个居群和西部区域居群的fu’sfs和tajima’sd均为负值,说明发生了种群扩张,而东部、中北和中南区域居群的fu’sfs和tajima’sd均为正值,说明经历了种群收缩;错配分析结果显示,整个居群以及中南、西部区域居群的错配分布曲线呈单峰模式,提示发生了种群扩张;而中北和东部区域居群的错配分布呈双峰模式,表明近期可能经历了瓶颈事件。贝叶斯天际线分析结果显示,尼泊尔黄堇在末次冰期之前其种群一直处于收缩状态,最近且最严重的一次瓶颈事件发生在0.07ma左右,之后又发生了扩张;西部居群的种群动态模式跟整个区域的模式完全一致,瓶颈事件大约发生在0.025ma,而中南、中北和东部区域的居群至今一直处于种群收缩状态,且近期经历了严重的瓶颈事件。这些结果同尼泊尔黄堇的生物学特性及青藏高原气候演变的历史非常吻合,预示未来尼泊尔黄堇的濒危程度还会进一步加剧。7、阐释了尼泊尔黄堇的最适宜生长气候和土壤养分条件,提出青藏高原纬度30~31N°和经度90~93E°区域适宜设立濒危藏药材尼泊尔黄堇自然保护区和野生抚育基地。本论文通过研究尼泊尔黄堇养分储备和积累对策、化学计量学内稳态机制、适应低温、干旱和贫瘠环境的生态对策及种群变化趋势,揭示了青藏高原濒危药用植物尼泊尔黄堇的生理生态适应性及种群动态,为建立尼泊尔黄堇自然保护区和人工驯化种植提供技术支撑,对解决藏医药资源瓶颈问题和区域经济发展具有重要的理论价值。
[Abstract]:A study on the physiological and ecological adaptability and population dynamics of the endangered species in Qinghai - Tibet Plateau in Qinghai - Tibet Plateau was studied . The results showed that N , P and C : N , C : P , N : P were the most important mechanisms to adapt to the harsh environment . The results showed that the soil C : N 鈮，

本文编号：1464750