松嫩草地蘆葦種群無性繁殖過程中果聚糖代謝組成的分布格局及調(diào)控機理.pdf

1、在松嫩草地植被組成成員中，多年生根莖型禾草是一類最重要和最基本的生活型成員,是草原群落層片的建造者，也是維持草地生態(tài)系統(tǒng)平衡的限制者。根莖禾草在松嫩草地植被中的重要地位主要取決于根莖禾草的無性繁殖特性及營養(yǎng)貯藏能力。根莖禾草的地下器官可宿存于土壤多年，是聯(lián)接植物與土壤的重要環(huán)節(jié)，是植物與土壤相互作用的界面。根莖的無性繁殖特性及營養(yǎng)貯藏能力不僅與環(huán)境條件、季節(jié)變化和宿存土壤的年限有關，更重要的是與根莖內(nèi)部非結(jié)構(gòu)性碳水化合物組成的分配格局、

2、生物化學代謝途徑及生理調(diào)節(jié)過程密切相關。因此，多年生根莖禾草非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的生物化學代謝機制與其營養(yǎng)繁殖特性的關系是生理生態(tài)學研究的重要內(nèi)容。
　　蘆葦(Phragmites communis)是松嫩草地植被中優(yōu)勢禾草之一，是典型的無性系植物，其地下器官具有較強的無性繁殖特征及營養(yǎng)貯藏功能。本論文以蘆葦種群根莖構(gòu)件為研究對象，初步研究了蘆葦根莖中果聚糖的組成及理化性質(zhì);建立了檢測果聚糖組成、含量及分子量的定性、定量分析方法體系

3、，論證了該方法體系對蘆葦根莖樣品的適應性;在此基礎上研究了蘆葦種群不同齡級根莖及每一齡級根莖中不同繁殖體構(gòu)件中果聚糖的分布格局、生物化學代謝途徑及生理調(diào)節(jié)作用。本研究基于生物化學和生態(tài)學兩個視角，從蘆葦種群不同齡級根莖構(gòu)件的生態(tài)特征及適應過程為切入點，分析蘆葦根莖內(nèi)果聚糖生物化學代謝途徑及對蘆葦種群無性繁殖及營養(yǎng)貯藏的調(diào)控作用，籍以揭示蘆葦種群不同齡級根莖的繁殖對策及種群更新機制。通過調(diào)查分析及研究獲得如下結(jié)果:
　　1蘆葦根莖中

4、非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的組成和理化性質(zhì)的研究結(jié)果表明:采用生物化學制備方法，對蘆葦根莖樣品經(jīng)提取、純化后獲得一白色粉末狀的多糖PAWDG，將其水解經(jīng)HPLC分析獲得單糖組成為果糖和葡萄糖，其摩爾比為8.7，證明該多糖是果聚糖，其聚合度為大于8以上的多聚果糖;通過薄層色譜分析認證該多糖是直線型果聚糖且其平均總量為23.56％。由此證明松嫩草地蘆葦種群根莖中果聚糖為非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的主要貯藏類型。
　　2根據(jù)色譜學、光譜學的原理建立了蘆

5、葦根莖樣品中檢測果聚糖組成、含量和分子量等分析方法體系，獲得了如下三種分析方法:
　　(1)建立并論證了《蘆葦根莖禾草總果聚糖高通量分析方法》;
　　(2)建立并論證了《蘆葦根莖果聚糖及其代謝物的同時分離及定量分析方法》;
　　(3)建立并論證了《蘆葦根莖果聚糖分子量及分子量分布檢測分析方法》;
　　3蘆葦種群根莖樣品中果聚糖組成的定性分析結(jié)果如下:
　　蘆葦根莖樣品中可定性檢測到多聚果糖、蔗果四糖、蔗果三

6、糖、蔗糖、葡萄糖和果糖等6種糖組分;
　　4蘆葦種群根莖樣品中果聚糖組成的定量分析結(jié)果如下:在方法限定的檢測限及靈敏度下可定量檢測到多聚果糖、蔗果三糖、蔗糖、葡萄糖和果糖5種糖組分。
　　5通過對蘆葦根莖構(gòu)件的數(shù)量特征調(diào)查發(fā)現(xiàn)，蘆葦種群的營養(yǎng)繁殖及種群更新等無性系特證是通過不同齡級根莖構(gòu)件功能的精確分工實現(xiàn)的。其中，蘆葦種群不同齡級根莖上根莖節(jié)的數(shù)量特征為二次多項式分布，其中三齡級根莖上其根莖節(jié)的數(shù)量分布最多。同時，萌發(fā)芽和

7、休眠芽繁殖體構(gòu)件在二、三和四齡根莖上的數(shù)量分布最多。由此表明，這三個齡級根莖主要承擔著即要擴展生態(tài)位空間又要進行營養(yǎng)繁殖的雙重功效。
　　6不同齡級根莖對利用型組合糖及貯藏型組合糖的分配格局說明一齡根莖對環(huán)境的影響較為敏感，各種糖的分配響應變異較大，種群意義上通過生理調(diào)節(jié)可塑性對一齡根莖進行調(diào)節(jié)和保護;二齡和三齡根莖生物化學代謝周期長，生理調(diào)節(jié)活躍，對呼吸消耗底物的利用有穩(wěn)定的生物化學代謝調(diào)控補償機制，形態(tài)生長快速，種群意義上通過

8、擴張領域，繁殖后代等重要作用在蘆葦種群根莖年齡結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出絕對優(yōu)勢的社會生態(tài)位;四齡和五齡根莖生物化學代謝周期相對較短，但生理貯藏周期相對較長，貯藏物質(zhì)積累豐富，種群意義上承擔著后勤保障，補給供養(yǎng)的作用，一旦蘆葦根莖年齡結(jié)構(gòu)中社會生態(tài)位出現(xiàn)斷層，它們所具備的生物代謝活性能夠進行營養(yǎng)繁殖，及時以補充種群數(shù)量進行更新，故四齡、五齡根莖是蘆葦種群穩(wěn)定發(fā)展的基礎。
　　7通過研究不同繁殖體根莖構(gòu)件中生物代謝調(diào)控過程與季節(jié)變化的關系，從生物

9、化學和生態(tài)學兩個視角透視了不同繁殖體根莖構(gòu)件功能對蘆葦種群根莖系統(tǒng)總體生態(tài)效應的協(xié)調(diào)作用。研究證實，蘆葦種群營養(yǎng)繁殖構(gòu)件自身貯藏物質(zhì)的生物化學代謝過程與季節(jié)變化密切相關，不同的變化時期有不同的代謝途徑和不同組成糖的利用方式，由此傳遞的化學信息暗示蘆葦種群無性繁殖的總體功能是由不同繁殖體根莖構(gòu)件協(xié)同作用實現(xiàn)的。首先，環(huán)境變化促使根莖構(gòu)件內(nèi)部代謝途徑的改變，然后在生理上通過對糖的不同利用方式實現(xiàn)蘆葦根莖系統(tǒng)的整體繁殖特征及由此產(chǎn)生的生態(tài)效應