松嫩草地蘆葦種群無(wú)性繁殖過(guò)程中果聚糖代謝組成的分布格局及調(diào)控機(jī)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(wú)性繁殖特性及營(yíng)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(wú)性繁殖特性及營(yíng)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(guān)，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(xué)代謝途徑及生理調(diào)節(jié)過(guò)程密切相關(guān)。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(xué)代謝機(jī)制與其營(yíng)養(yǎng)繁殖特性的關(guān)系是生理生態(tài)學(xué)研究的重要內(nèi)容。
　　蘆葦(Phragmites communis)是松嫩草地植被中優(yōu)勢(shì)禾草之一，是典型的無(wú)性系植物，其地下器官具有較強(qiáng)的無(wú)性繁殖特征及營(yíng)養(yǎng)貯藏功能。本論文以蘆葦種群根莖構(gòu)件為研究對(duì)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(cè)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(duì)蘆葦根莖樣品的適應(yīng)性;在此基礎(chǔ)上研究了蘆葦種群不同齡級(jí)根莖及每一齡級(jí)根莖中不同繁殖體構(gòu)件中果聚糖的分布格局、生物化學(xué)代謝途徑及生理調(diào)節(jié)作用。本研究基于生物化學(xué)和生態(tài)學(xué)兩個(gè)視角，從蘆葦種群不同齡級(jí)根莖構(gòu)件的生態(tài)特征及適應(yīng)過(guò)程為切入點(diǎn)，分析蘆葦根莖內(nèi)果聚糖生物化學(xué)代謝途徑及對(duì)蘆葦種群無(wú)性繁殖及營(yíng)養(yǎng)貯藏的調(diào)控作用，籍以揭示蘆葦種群不同齡級(jí)根莖的繁殖對(duì)策及種群更新機(jī)制。通過(guò)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(xué)制備方法，對(duì)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(guò)薄層色譜分析認(rèn)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(xué)、光譜學(xué)的原理建立了蘆

5、葦根莖樣品中檢測(cè)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(shí)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(cè)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(cè)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(cè)限及靈敏度下可定量檢測(cè)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(guò)對(duì)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(yíng)養(yǎng)繁殖及種群更新等無(wú)性系特證是通過(guò)不同齡級(jí)根莖構(gòu)件功能的精確分工實(shí)現(xiàn)的。其中，蘆葦種群不同齡級(jí)根莖上根莖節(jié)的數(shù)量特征為二次多項(xiàng)式分布，其中三齡級(jí)根莖上其根莖節(jié)的數(shù)量分布最多。同時(shí)，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(gè)齡級(jí)根莖主要承擔(dān)著即要擴(kuò)展生態(tài)位空間又要進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖的雙重功效。
　　6不同齡級(jí)根莖對(duì)利用型組合糖及貯藏型組合糖的分配格局說(shuō)明一齡根莖對(duì)環(huán)境的影響較為敏感，各種糖的分配響應(yīng)變異較大，種群意義上通過(guò)生理調(diào)節(jié)可塑性對(duì)一齡根莖進(jìn)行調(diào)節(jié)和保護(hù);二齡和三齡根莖生物化學(xué)代謝周期長(zhǎng)，生理調(diào)節(jié)活躍，對(duì)呼吸消耗底物的利用有穩(wěn)定的生物化學(xué)代謝調(diào)控補(bǔ)償機(jī)制，形態(tài)生長(zhǎng)快速，種群意義上通過(guò)

8、擴(kuò)張領(lǐng)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(duì)優(yōu)勢(shì)的社會(huì)生態(tài)位;四齡和五齡根莖生物化學(xué)代謝周期相對(duì)較短，但生理貯藏周期相對(duì)較長(zhǎng)，貯藏物質(zhì)積累豐富，種群意義上承擔(dān)著后勤保障，補(bǔ)給供養(yǎng)的作用，一旦蘆葦根莖年齡結(jié)構(gòu)中社會(huì)生態(tài)位出現(xiàn)斷層，它們所具備的生物代謝活性能夠進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)繁殖，及時(shí)以補(bǔ)充種群數(shù)量進(jìn)行更新，故四齡、五齡根莖是蘆葦種群穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。
　　7通過(guò)研究不同繁殖體根莖構(gòu)件中生物代謝調(diào)控過(guò)程與季節(jié)變化的關(guān)系，從生物

9、化學(xué)和生態(tài)學(xué)兩個(gè)視角透視了不同繁殖體根莖構(gòu)件功能對(duì)蘆葦種群根莖系統(tǒng)總體生態(tài)效應(yīng)的協(xié)調(diào)作用。研究證實(shí)，蘆葦種群營(yíng)養(yǎng)繁殖構(gòu)件自身貯藏物質(zhì)的生物化學(xué)代謝過(guò)程與季節(jié)變化密切相關(guān)，不同的變化時(shí)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(xué)信息暗示蘆葦種群無(wú)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(shí)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(guò)對(duì)糖的不同利用方式實(shí)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(yīng)