滨海不同生境盐地碱蓬的化学计量关系与代谢调节策略

发布时间：2020-06-21 00:56

【摘要】：碳(C)、氮(N)和磷(P)是生物体中核酸、蛋白质和碳水化合物等生物分子的主要组成元素,对植物的生长代谢过程至关重要。大量研究发现,植物代谢速率与植物C、N、P元素化学计量之间存在明显的定量关系,同时代谢反应是植物适应环境胁迫的重要途径,与环境变化也存在显著的相关性。因此,本文选择滨海湿地潮上带和潮间带的盐地碱蓬为研究对象,以生态化学计量学和代谢组学为手段,探寻不同胁迫条件下盐地碱蓬的适应机制。为理解湿地植物响应气候变化的生态对策提供理论基础和数据支撑。主要研究结果如下:(1)盐地碱蓬在不同生境中地上部分的相对生长速率(RGR)都高于地下部分,潮上带的RGR都高于潮间带,且潮间带土壤中盐含量显著高于潮上带,表明水淹及高盐度胁迫会对盐地碱蓬的生长及生物量分配产生影响;不同生境盐地碱蓬的生物量分配策略有显著差异,潮间带的叶比重、根比重和根冠比显著高于潮上带,而茎比重则相反,这与潮上带盐地碱蓬植株高大的表型特征相一致。(2)潮上带叶片中N、P含量高于根,而潮间带却相反,表明盐地碱蓬在不同生境条件下营养元素的分配策略不同;潮上带根、茎、叶中N、P含量及N/P比值都显著高于潮间带,而潮间带土壤中的N、P含量也显著高于潮上带,表明不同生境下盐地碱蓬C/N/P比值的差异来自于N、P吸收策略和利用效率的差异;不同生境下叶片的N/P比值都大于限制性养分的临界阈值16,表明本研究区域内植物的生长可能主要受到P元素的限制。(3)利用UHPLC-QTOF/MS对不同生境盐地碱蓬叶片和根中的代谢产物进行分离和鉴定,最终得到57种差异代谢物。糖类是植物光合作用的主要产物,在不同生境根中的含量显著高于叶片,这种分配方式不仅可以起到支持和固定作用,也可以使盐地碱蓬从周围环境中汲取更多养分促进其生长;氨基酸(谷氨酰胺、D-脯氨酸、苯丙氨酸等)在潮上带叶片中的含量都显著高于潮间带,与潮上带叶中N、P含量高的结果一致;甜菜碱、D-脯氨酸、胆碱等是盐地碱蓬吸收、适应土壤的高盐度所产生的主要代谢物,而蔗糖、麦芽糖、甘露糖等可溶性糖是盐地碱蓬适应水淹胁迫产生的主要代谢物。(4)利用主成分分析对不同生境下盐地碱蓬不同器官中的元素化学计量和差异代谢物进行相关分析。N/P比值与抗盐相关的代谢物含量呈正相关,C/N、C/P比值与富C代谢物(脂类等)呈正相关,表明C/N、C/P与植物的C获取策略显著正相关;不同生境盐地碱蓬的叶片可以利用甜菜碱调节细胞渗透压,吸收并利用Na~+,适应盐胁迫的环境;潮上带盐地碱蓬物质的分配相对均衡,而潮间带将更多的物质(代谢物、y营养元素等)分配到根,这又进一步解释了不同生境不同器官(叶片和根)C-N、C-P的耦合关系;甜菜碱、胆碱、4-氨基丁酸以及N/P在潮间带根中含量低于潮上带,表明水淹胁迫可能会减弱盐胁迫对盐地碱蓬造成的影响。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948
【图文】：

本研究技术路线图

图 2.1 研究区域及采样点位置图Fig. 2.1 Location maps of the study area and the sampling points2.2 样品的采集及预处理本文研究所需的样品收集于 2018 年 7-8 月，研究区域属于山东省黄河三角洲，在研究区域内分别选择潮上带和潮间带盐地碱蓬为优势物种的群落作为采样区域，潮上带和潮间带生长的盐地碱蓬表型差异较大，如图 2.2 所示，在潮间带沿海岸带方向每隔 10m 设置一个 1×1m 的样方，潮间带和潮上带分别选择 6 个样方。然后用铁锹将样方内的所有植物挖出，并将植物根部土壤剥离，放入纸袋中编号，然后用土壤采集器采集植物下方 0-10 cm、10-20 cm、20-30 cm 三个土层的土壤样品，装入自封袋内编号并带回实验室。采集的植物样品用蒸馏水清洗掉根部残留泥土，并把植物表面冲洗干净，然后将根、茎、叶进行分离，分别装入纸袋放入烘箱，在 105℃下杀青 30min，然后在 65℃下烘干至恒重；采集的土壤样品在实验室风干至恒重，除去石块，动、植物残体等杂质，用球磨机对土壤和植物样品进行研磨，然后过 100 目尼龙筛，过筛后的样品装入自封袋

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本文编号：2723234