東北地理所在羊草種子產(chǎn)量構(gòu)成及耐堿性的年際變化方面取得新進(jìn)展
????羊草為典型的賴草屬長(zhǎng)根莖型無性系植物，是歐亞大陸草原區(qū)東部草甸草原主要的建群種和優(yōu)勢(shì)種，在我國(guó)東北松嫩草甸草原廣泛分布。羊草具有耐鹽堿、耐干旱、耐貧瘠等特性，生態(tài)適應(yīng)性廣；羊草草原是優(yōu)良的放牧場(chǎng)和打草場(chǎng)，羊草具有適口性好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為禾本科牧草之王，是牧區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展的十分重要和寶貴的資源，在鹽堿地生態(tài)治理及飼草產(chǎn)業(yè)發(fā)展中均具有重要的意義。
????東北松嫩平原是我國(guó)蘇打鹽堿地的集中分布區(qū)，土壤pH值高（9-11）、水勢(shì)低、質(zhì)地黏重、透水性較差，土壤中的CO32-和HCO3-離子是最主要的脅迫因素。隨著全球氣候變化和人類活動(dòng)加劇，松嫩草甸草原退化嚴(yán)重，90%的羊草草原發(fā)生了不同程度的退化，表現(xiàn)為草原面積大幅度減少，羊草高度大幅度降低，產(chǎn)草量急劇下降，嚴(yán)重制約了羊草在鹽堿地生態(tài)修復(fù)及畜牧業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用。
????研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過四年的控制實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了種植2-4年（Y2-Y4）的羊草營(yíng)養(yǎng)繁殖與有性繁殖狀況，并基于不同種植年份羊草植株所產(chǎn)生的種子，進(jìn)行種子萌發(fā)耐堿性評(píng)價(jià)，探討了羊草種子萌發(fā)耐堿性的年際變化。通過對(duì)比羊草營(yíng)養(yǎng)繁殖與有性繁殖的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)繁殖使羊草植株密度逐漸升高，密度的變化會(huì)導(dǎo)致羊草繁殖策略發(fā)生變化；在高密度的情況下，羊草將更多的資源分配到有性繁殖上，以便于種子傳播從而躲避有限的生存空間。同時(shí)，隨著種植年份的增加，羊草結(jié)實(shí)率下降，種子重量顯著增加，結(jié)實(shí)率與種子重量之間有重要的權(quán)衡關(guān)系，植物對(duì)種子的資源分配體現(xiàn)在種子的數(shù)量、大小以及重量上，而不同的資源分配策略是對(duì)所處環(huán)境的一種適應(yīng)。Y2植株的結(jié)實(shí)率較高，每穗實(shí)粒數(shù)較多，而Y4植株的種子千粒重較高。對(duì)于Y4植物產(chǎn)生的較重種子，堿脅迫（25mM Na2CO3）對(duì)種子萌發(fā)的影響不顯著。該研究表明在有限的空間內(nèi)，不同種植年份羊草種子產(chǎn)量構(gòu)成因素存在顯著差異，在連續(xù)種植年份產(chǎn)生的種子中，觀察到羊草種子萌發(fā)的耐堿性增強(qiáng)，該成果將會(huì)為未來羊草人工草地建植及耐鹽堿羊草新品種培育等方面研究提供理論依據(jù)。
圖1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖
表1 羊草種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的年際變化
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Years |
SL |
GN |
TSW |
SSR |
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Y2 |
12.3±0.4a |
78.0±4.7a |
1.9±0.1b |
69.1±2.7a |
|
Y3 |
12.2±0.3a |
13.6±3.0b |
2.0±0.1b |
18.7±4.7c |
|
Y4 |
9.8±0.3b |
19.4±1.7b |
2.3±0.04a |
32.5±2.6b |
圖2羊草種子產(chǎn)量構(gòu)成的年際變化（左）；堿脅迫下不同種植年份羊草種子萌發(fā)率（右）
????相關(guān)成果近期發(fā)表在植物科學(xué)領(lǐng)域重要期刊BMC Plant Biology，中國(guó)科學(xué)院東北地理所博士后趙丹丹為論文第一作者，馬紅媛研究員為通訊作者。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金（U23A2004）、中國(guó)科學(xué)院A類戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28110300）、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2022YFF1300601）及中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2023CXTD02）的資助。
????論文信息：Zhao,D.,Ma,H.,Li,S. et al. Seed germination demonstrates inter-annual variations in alkaline tolerance: a case study in perennial Leymus chinensis. BMC Plant Biol24,397 (2024).
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