内蒙古草甸草原植物叶皮质蜡质特征及其对过度放牧的响应

内蒙古草甸草原植物叶皮质蜡质特征及其对过度放牧的响应

天然牧场不仅是饲料和动物生存的物质基础，也是保护水源、防止风和沙子的生态屏障。然而,土地利用方式的变化和放牧强度的增加等均可导致草地土壤退化,使草原生产力下降植物角质层蜡质覆盖在叶片表面,主要由长链脂肪酸及其衍生物组成,如烷类、醇类、醛类、酯类及三萜类物质等羊草、克氏针茅和糙隐子草(Cleistogenessquarrosa)是我国北方温带草原广泛分布的天然多年生牧草1材料和方法1.1降水量、气象条件试验地位于内蒙古锡林浩特市锡林河流域的温带草原,地理坐标为北纬43°50′,东经116°10′,平均海拔1077m。样地以低山和丘陵为主。年平均降水量为350mm,年平均气温为1.7℃。由于长期的过度放牧,锡林河流域的草原已经严重退化,截至1999年,退化草原面积已达到72%1.2封育样地选择2015年7月,在草甸草原(43.27°N,116.38°E)和典型草原(44.03°N,116.15°E),分别选择围栏封育样地和自由放牧样地,其中草甸草原区围栏封育样地自2004年起开始围封,典型草原区自2002年起开始围封。围封草地主要用作打草场;自由放牧样地紧邻封育样地,为未受保护的公共放牧草地。每样地设置3个采样区(400m1.3衍生物的制备取大约5~8片干叶片,分段剪碎,室温条件下在含5μg内标(24烷)的氯仿(5mL)溶液涡旋浸提2次,每次30s。提取液混合后于40℃下氮气吹干,加入20μLBSTFA[N,O-Bis(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺]和20μL吡啶,于70℃反应45min,多余衍生剂利用氮吹仪再次吹干。将所得提取物溶于1mL氯仿,进行气相色谱(福立9790Ⅱ浙江)分析。叶片提蜡后,利用WinFOLIA专业叶片图像分析系统(RegentInstrumentInc,Canada)和数字化扫描仪(EPSONV750,Japan)测定叶表面积。1.4分离器的温度和程序温度蜡质含量分析采用福立9790Ⅱ系列气相色谱仪(GC)。气相色谱仪程序:GC毛细管柱长30m,直径0.32mm,液膜厚度0.25μm;氮气作为载气;进样量为1.5μL。柱膜和FID(火焰离子化检测仪)检测器的温度分别为300和320℃。分流比为10∶3。程序升温方式:初始温度为80℃,以每分钟15℃的速度升温至260℃,并保持10min,之后以每分钟2℃升温至290℃,保持1min,再以每分钟5℃的速度升温至320℃,并保持10min。用内标计算植物单位面积的蜡质含量,单位为μg·cm1.5草地利用方式对植物角质层蜡质组分相对含量的影响试验数据为3个重复的平均值和标准误。采用SPSS(17.0)统计软件,利用二因素实验设计分析了草地类型和草地利用方式及其二者的交互作用对植物角质层蜡质总量及蜡质组分相对含量的影响。然后,利用单因素方差分析比较了不同处理间蜡质总量、组分及链长分布之间的差异,显著水平为P<0.05(l.s.d,leastsignificantdifference)。2结果与分析2.1不同类型的三种植物的abs蜡总数2.2不同类植物群落的组分含量3种植物叶角质层蜡质化学组分和相对含量均存在较大差异。在糙隐子草中,鉴定出6类蜡质组分(图2),分别是脂肪酸、烷烃、醛类、初级醇、烷基酯和β-香树脂醇,其中初级醇相对含量最高,约占47.50%,其次是醛类,约占26.56%。整体上,初级醇相对含量呈现放牧草地>围封草地,典型草原>草甸草原。克氏针茅中鉴定出5类成分(图3),分别是脂肪酸、烷烃、初级醇、α-香树脂醇以及β-谷甾醇,其中烷烃相对含量最高,约占54%,其次为初级醇,约占30.90%。烷烃相对含量表现为典型草原>草甸草原。在羊草中,鉴定出7类成分(图4),分别是脂肪酸、烷烃、次级醇、初级醇、β-谷甾醇、烷基间苯二酚和β-二酮,其中次级醇含量最高,约占53%,其次为β-二酮,约占41%。次级醇相对含量表现为围封草地>放牧草地,典型草原>草甸草原。2.2.1厚草中最重要的蜡组分的碳链分布特征糙隐子草叶角质层蜡质中脂肪酸化合物以偶数碳C2.2.2克针茅主要成分的碳链分布特征克氏针茅叶角质层蜡质中脂肪酸以偶数碳C2.2.3羊草主要蜡素组分的碳链分布特征羊草叶角质层蜡质中脂肪酸化合物以偶数碳C3不同植物角质层蜡质组分的醇含量植物物种不同,其所含的角质层蜡质组分及含量也不尽相同尽管几种植物生长在相同的环境,他们主要蜡质组分的相对含量也不同,其中羊草的次级醇含量最高(占总量的53%),糙隐子草初级醇含量最高(47.50%),而克氏针茅的烷烃含量最高(54%)。这说明不同植物角质层蜡质中参与保护植物的蜡质组分是不同的。Cameron等角质层蜡质在提高植物对生物和非生物逆境的适应性方面发挥着重要作用植物角质层蜡质多数组分都是由不同碳链长度的同系物组成,其中正构烷烃的碳链分布模式已被作为分子标记技术用于研究不同生长环境条件下种群之间的物种内变异4不同植物蜡质组分含量的差异本试验详细报道了糙隐子草、克氏针茅和羊草叶角质层蜡质的含量及组分特点。其中糙隐子草含有脂肪酸、烷烃、醛类、初级醇、烷基酯和β-香树脂醇,克氏针茅含有脂肪酸、烷烃、初级醇、α-香树脂醇以及β-谷甾醇,而在羊草中含有脂肪酸、烷烃、初级醇、次级醇、β-谷甾醇、β-二酮和烷基间苯二酚。羊草次级醇含量最高,糙隐子草初级醇含量最高,而克氏针茅的烷烃含量最高。羊草β-二酮成分的发现,可作为未来研究β-二酮合成途径的新材料。因不同植物蜡质含量及组分存在较大差异,使得他们在草原类型间(典型草原和草甸草原),甚至草原利用方式之间(自由放牧和围栏封育),均表现出不同的响应模式。就不同蜡质组分的链长分布特征而言,烷分布特征相对稳定,而初级醇、次级醇和醛的分布特征在围封草地和自由放牧草地之间存在较大差异。不同植物角质层蜡质表现