锦鸡儿属三个替代近缘种对环境变化的生理生态特征比较研究

The ecophysiological differences between the closely relates, but distributed in different habitats will contribute greatly to our understanding of the speciation and predicting the range changes of these species in response to the climatic changes. In the present project, we aim to study the ecophysiological differences between Caragana microphylla, C. davazamcii and C. korshinskii. These three species now are distributed from Nei Mongol Plateau to the west in Alashan desert with obviously vicarent distribution along the changes in temperature and rainfall. They are dominant species of the major vegetation in these regions. We will examine single and interactive effects of elevated temperature and drought on physiological traits of those three species by integrating the field, common garden and simulated experiments. The measured physiological traits include specific leaf area, leaf element content (C, N, P), carbon isotope composition (δ13C), leaf gas exchange, leaf chlorophyll fluorescence, growth and some other biochemical characteristics. These results will be used to address the basic bases for the distributional differences of three species.

研究分布在不同生境中的地理替代近缘种的生理或者生态差异对于理解物种分化以及它们在今后气候变化下的分布区域变化均具有重要意义。本项目选择锦鸡儿属三个近缘种，小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿来进行生理生态适应性的比较研究。它们分别分布于我国北方干旱、半干旱脆弱生态带的典型区域半干旱干草原、干旱荒漠化草原和草原荒漠化气候区，是这些生境下的主要建群种，存在明显的地理替代分布。项目主要针对三个种地理替代分布的气候变化特征（温度递增，降雨递减），利用现代生理生态学分析方法和测量手段，研究三个种对环境变化（温度升高、干旱及其交互效应）的生理响应机制，包括测定和比较主要叶片形态（比叶面积）、元素含量（C、N、P）、碳同位素组成(δ13C)、气体交换(光合速率、气孔导度、蒸腾速率)、叶绿素荧光并辅以生长和生化特征（生物量、渗透调节、保护酶活性和质膜透性等），从生理生态角度探讨三个种地理替代分布的内在机制。

本项目以近缘种（小叶锦鸡儿、中间锦鸡儿和柠条锦鸡儿）为研究对象，围绕影响其地理替代分布的主要气候因子-水分和温度，通过野外采样分析三种锦鸡儿主要叶片性状（元素（C、N、P）含量、碳同位素组成(δ13C)）与年均降雨量（MAP）的关系，通过同质园试验验证这些性状的变异是否存在遗传稳定性，并通过模拟不同水分处理试验、温度和水分交互试验研究在控制条件下三种锦鸡儿对水分、温度及其交互作用的生理生态响应差异，基本阐明了三个种地理替代分布的生理生态学机制。主要研究结果如下：（1）野外条件下荒漠锦鸡儿、柠条锦鸡儿、中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿的δ13C、N含量和C/N与年均降雨量存在显著相关性，且种间差异显著，说明随着降雨量的变化，这些生理生态特征的表现差异导致不同的物种适应不同生存环境，从而形成地理上的替代分布；2）野外和同质园比较试验表明野外条件下三种锦鸡儿的δ13C、元素（C、N、P）含量和C/N与年均降雨量显著相关，但是在同质园这些指标与年均降雨量相关性不显著，说明相对于遗传因素，环境因素是造成三种锦鸡儿叶性状变异的主要驱动力；3）水分控制试验表明三种锦鸡儿对不同水分处理的响应存在差异，且相对于中间锦鸡儿和小叶锦鸡儿锦，柠条锦鸡儿在干旱处理下具有更高的光合作用和生长特性以及能够更加有效的利用水分和养分，从而增强其在干旱条件下的适应能力和竞争能力。也就是说，柠条锦鸡儿适应干旱环境的能力高于其他两种锦鸡儿。4）温度和水分交互试验表明三种锦鸡儿对不同温度和水分处理的响应存在差异，温度升高显著抑制了小叶锦鸡儿的生长和生物量累积，但是对柠条锦鸡儿和中锦锦鸡儿却有促进作用，而且通过比较三种锦鸡儿的光合、生长和水分利用等特征，综合说明柠条锦鸡儿在高温和干旱条件适应能力最强，其次为中间锦鸡儿，小叶锦鸡儿的适应能力最弱。同时该项目研究了近缘种鬼箭锦鸡儿和荒漠锦鸡儿不同自然种群根际细菌多样性和群落组成对环境变化的响应，以及研究了种植年限对中间锦鸡儿根际细菌多样性和群落组成影响。