Sporobolus ioclados在沙漠生态系统中的适应性形态和生理策略

《NATURWISSENSCHAFTEN》：Adaptive morphological and physiological strategies of Sporobolus ioclados in desert ecosystem

本研究揭示荒漠植物Sporobolus ioclados通过根结构增强、渗透调节物质积累及抗氧化能力提升等综合适应机制，在盐碱沙丘、平原和盐碱地中实现高效生存，为退化草原修复提供理论依据。

　　

摘要

沙漠植物通过协调结构和代谢反应来应对水资源短缺和盐分问题从而得以生存。然而，使盐生草类Sporobolus ioclados能够在乔利斯坦沙漠的多样化生境中占据主导地位的具体性状组合尚未得到充分研究。我们研究了与生境相关的解剖学和生化适应性变化，这些变化解释了该植物在沙丘、沙质平原和盐碱滩上的生存能力。我们从多个重复采样点采集了成熟植株样本，使用标准的分光光度法和比色法测定了离子、光合色素、渗透调节物质和抗氧化代谢物的含量，并通过显微镜观察根部和茎部的组织结构，以评估表皮、皮层、厚壁组织、维管系统和髓部的特征。与沙丘上的植株相比，盐碱环境下的植株根面积增加了35–60%，皮层厚度增加，维管束直径也有所增大，而茎部面积减少了近28%。盐碱环境中的植株体内钠（Na? 145.3?±?6.2?mg g?1 DW）、钾（K? 92.6?±?4.5?mg g?1）、钙（Ca2? 68.4?±?3.1?mg g?1）和氯（Cl? 110.2?±?5.4?mg g?1）浓度显著升高，这些数值是沙丘植株的2至3倍。叶绿素a和叶绿素b的含量分别下降了41%和37%，而类胡萝卜素则相对稳定（2.8?±?0.3?mg g?1 FW）。在盐胁迫下，渗透保护物质和能量储备显著增加，脯氨酸（3.9?±?0.2 μmol g?1 FW）、总游离氨基酸（24.7?±?1.5 μmol g?1 FW）、可溶性蛋白质（7.2?±?0.4?mg g?1 FW）和可溶性糖（15.6?±?0.9?mg g?1 FW）的含量比沙丘植株高出1.5至2.5倍。酚类化合物（4.1?±?0.3?mg g?1 FW）、黄酮类化合物（3.6?±?0.2?mg g?1 FW）和过氧化氢（2.9?±?0.1 μmol g?1 FW）的含量也显著增加，表明其抗氧化活性得到增强。这些综合的解剖学和生化适应性变化使S. ioclados能够在极端盐碱干旱条件下生存，突显了其生态重要性以及其在退化草原恢复中的潜在作用。