沙地生态系统中干旱胁迫对臭柏细根衰老的影响机理研究

Root system especially fine root, as the most important linkage between the aboveground part and the underground part of plants on terrestrial ecosystem, is one of the hotspot on the current ecological research. In this project, the 2-years in-situ observation on the process of growth, senescence and death of Sabina vulgaris radicel under drought stress will be conducted by the micro-tube methods. Combined with the methods of Cell, biochemistry, plant physiology and genetic sciences, these changes such as morphology traits, anatomical structure, physiological functions and molecular mechanism of Sabina vulgaris fine root will be observed and analyzed to uncover the biological reactions, essence and mechanism of fine root senescence. This research is very important to elucidate the role of fine root on maintaining the community stability which will be useful for the selection of genetic materials, improving production and prevention of water and wind erosion on the sandy ecosystem.

根系，尤其是细根作为联系陆地生态系统地上与地下过程的纽带，已成为生态学研究中最受关注的热点之一。本项目拟以臭柏为研究对象，运用微根管技术对沙地生态系统中臭柏细根生长、衰老和死亡的过程进行连续2年的原位观测。采用干旱胁迫诱导细根衰老，运用细胞学、生物化学、植物生理学、遗传学等研究方法，从形态、解剖结构、生理功能及分子机理等方面对细根衰老机理进行系统研究，分析细根衰老的生物学反应，揭示臭柏细根衰老(及周转)的本质。探索臭柏细根在维持群落稳定中的作用，为细根生理及生态学研究提供理论依据，对于沙地种质资源选择、丰产栽培、水土保持等工作具有重要的意义。

细根是树木根系的组成部分,具有重要的生理和生态学功能。细根衰老是细根周转的重要阶段,是细根功能变化的转折。细根衰老的发生及进程是研究细根个体发育、细根寿命和细根周转的关键。干旱是导致细根衰老的主要环境胁迫因子之一。本研究以2-3年臭柏苗木为研究对象，采用野外实验与室内实验相结合的方式，运用微根管技术研究沙地生态系统中臭柏苗木的细根寿命，通过干旱胁迫处理后观察臭柏细根外部形态、生理功能、内部细胞结构及遗传物质变化,分析细根衰老的生物学反应并探索导致细根发生衰老的内在机理，分析臭柏细根衰老的生物学反应并探索导致臭柏细根发生衰老的内在机理。不但可以监测臭柏和根际生态系统的健康状况，而且对于沙地生态系统中固沙灌木的育种、丰产栽培、水土保持等工作具有重要的意义。主要研究结果如下: 2-3年臭柏苗木细根由4级根构成,具有不同的解剖结构特征。臭柏细根的生产具有明显的季节性，臭柏细根的平均寿命和中值寿命分别为263±18天和274±90天，对数指数检验表明除根系深度外（P＞0.5），细根直径、根序、对细根寿命均有显著影响（P<0.5）。干旱胁迫下细根主要有白色、褐色、黑褐色3种类型,较对照颜色复杂。细根活力下降、膜透性增加、可溶性蛋白含量减少,三个生理指标之间具有明显的相关性，导管、维管束、根直径及维根比增长，次生结构不断完善，使得臭柏抵御外界胁迫的能力增强，从而更好的适应环境。同时随着根序的增加，干旱对导管、维管束、根直径及维根比的影响逐渐降低，一级根适应干旱环境能力更强。干旱胁迫下褐色根皮层薄壁细胞线粒体数量减小,分布密度也变低,仅有少数线粒体成簇分布。白色与黑褐色根细胞核形态变化较大,核膜逐渐解体,核仁也逐渐消失。干旱胁迫破坏了线粒体呼吸链,，呼吸功能明显下降，诱发细胞核结构以及DNA结构变化,细胞发生程序化死亡。死亡后细胞壁栓化,颜色加深,细根褐化。细根活力和可溶性蛋白含量均下降,细胞膜透性增加,细根衰老死亡。