脫落酸敏感性影響擬南芥種群密度調(diào)節(jié)的機(jī)制研究.pdf

1、種群密度調(diào)節(jié)是生態(tài)學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。作為連接物種個(gè)體特征與種群結(jié)構(gòu)和功能的紐帶，種群密度—生物量異速關(guān)系受到越來越多的關(guān)注。以“-3/2”經(jīng)典自疏法則和“-4/3”代謝理論為代表的恒定指數(shù)法則極大滿足了人們尋求自然界統(tǒng)一進(jìn)程與格局的愿望，然而恒定理論本身的局限性以及眾多指數(shù)異質(zhì)性的經(jīng)驗(yàn)性證據(jù)也引起人們對(duì)是否具有描述種群動(dòng)態(tài)的普適法則的激烈討論。個(gè)體對(duì)于環(huán)境資源的競(jìng)爭(zhēng)是維持種群系統(tǒng)特征的驅(qū)動(dòng)力，因此環(huán)境特征常被納入種群密度調(diào)節(jié)的研究范

2、疇。先前的研究已證明密度----生物量關(guān)系隨水分梯度變化，而相應(yīng)的內(nèi)在的生理調(diào)節(jié)機(jī)制缺乏關(guān)注。脫落酸(ABA)是植物體內(nèi)重要的生長(zhǎng)調(diào)節(jié)因子，在抗逆境脅迫中具有中心作用，研究已證明ABA敏感性可以引起種群密度調(diào)控指數(shù)的變化。然而，ABA敏感性是否是植物種群密度----生物量關(guān)系沿水分梯度變化的內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制亟待解決?；谇叭藢?duì)ABA響應(yīng)環(huán)境變化對(duì)植物生長(zhǎng)和代謝的調(diào)節(jié)作用以及植物個(gè)體生長(zhǎng)和代謝對(duì)種群密度調(diào)節(jié)的影響的研究，本研究提出以下科學(xué)假設(shè)

3、:ABA敏感性可能通過影響個(gè)體響應(yīng)環(huán)境變化的資源利用效率、生物量分配格局以及營(yíng)養(yǎng)元素吸收與利用的策略引起個(gè)體生長(zhǎng)與代謝的差異最終導(dǎo)致種群密度----生物量關(guān)系在不同水分條件下的變化。已成功篩選的相關(guān)的ABA敏感性突變體為驗(yàn)證以上假設(shè)提供了有力的工具。本研究主要試驗(yàn)內(nèi)容在個(gè)體和種群水平上展開，利用與ABA信號(hào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)密切相關(guān)的擬南芥突變體及其野生型，即abi1-1突變體（對(duì)ABA不敏感）、era1-2突變體（對(duì)ABA超敏感）以及野生型Le

4、r-0和Col-0，在正常灌溉和干旱處理?xiàng)l件下觀察其在自疏過程中個(gè)體特征和群體特征的差異，以此確定ABA敏感性在種群密度調(diào)控指數(shù)隨干旱脅迫的變化中的調(diào)節(jié)作用。本研究主要取得了以下結(jié)果：
　?、旁谡９喔群透珊档臈l件下，era1-2突變體相較于abi1-1突變體個(gè)體資源利用率提高（體現(xiàn)于水分利用效率和比葉重），環(huán)境個(gè)體容納量增大，自疏指數(shù)升高，自疏線變平緩。這說明無論在正常或極端環(huán)境下，ABA都能夠通過調(diào)整個(gè)體資源利用效率影響種群動(dòng)

5、態(tài)。在干旱條件下，兩種突變體和野生型的個(gè)體資源利用效率相比正常灌溉都有所提高，自疏線也變得更為平緩;但abi1-1突變體的資源利用效率依然處于較低的水平，資源利用效率和自疏線軌跡并沒有因?yàn)轫憫?yīng)干旱脅迫而達(dá)到與era1-2突變體和野生型相同的水平，這說明ABA敏感性對(duì)于隨干旱脅迫的加劇植物個(gè)體資源利用效率和種群自疏指數(shù)的變化具有決定性的作用，這與ABA是脅迫應(yīng)激激素的機(jī)制相吻合。同樣地，ABA敏感性也造成了代謝速率與個(gè)體大小的比例關(guān)系的差

6、異，是代謝指數(shù)在不同水分條件下變化的主因之一。然而，自疏指數(shù)和代謝指數(shù)的不恒定性并不妨礙能量守恒法則的成立，能量守恒建立在兩者的協(xié)變之上。
　?、圃谡９喔鹊臈l件下，era1-2突變體與abi1-1突變體地上地下生物量分配格局不同，era1-2突變體更傾向手地下生物量的分配。地上競(jìng)爭(zhēng)與地下競(jìng)爭(zhēng)的模式不同，地下競(jìng)爭(zhēng)以大小對(duì)稱性競(jìng)爭(zhēng)為主，競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度較以大小不對(duì)稱競(jìng)爭(zhēng)為主的地上競(jìng)爭(zhēng)低，以大小對(duì)稱性競(jìng)爭(zhēng)為主的個(gè)體競(jìng)爭(zhēng)會(huì)使種群自疏指數(shù)升高，自

7、疏線變平緩。自疏線斜率與地上地下生物量分配指數(shù)之間顯示出強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這體現(xiàn)了ABA敏感性對(duì)生物量分配格局的影響，以及由此而引發(fā)的種群調(diào)節(jié)規(guī)律的變化。但是在干旱條件下，生物量分配格局變得更為復(fù)雜，自疏指數(shù)與生物量異速指數(shù)之間也沒有顯著的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。因此，在干旱條件下，ABA敏感性主要是通過對(duì)氣孔運(yùn)動(dòng)還是生物量分配模式的調(diào)節(jié)來影響種群密度—生物量關(guān)系值得未來深入探討。
　　⑶氮磷是植物生長(zhǎng)和代謝的重要限制元素。在正常灌溉和干旱的條

8、件下，era1-2突變體與abi1-1突變體葉片氮磷含量都不同，era1-2突變體中葉片氮磷含量均低于abi1-1突變體。這說明溫和或極端環(huán)境下，ABA敏感性都能夠影響氮磷元素的吸收與利用策略。在不同水分條件下，當(dāng)干旱脅迫加劇，era1-2突變體中葉片氮磷含量并未因響應(yīng)脅迫而與abi1-1突變體中葉片氮磷水平持平。這說明ABA敏感性對(duì)于隨干旱脅迫植物葉片氮磷元素的吸收與利用策略的變化起到一定的作用。但是在試驗(yàn)中并沒有觀察到統(tǒng)一的氮磷化學(xué)