研究背景与目的:独一味(Lamiophlomis Herba)是习用藏药品种,为青藏高原高寒草地的特色药用资源植物。近年来独一味的药用价值备受关注,药材需求逐年上涨。目前独一味药材全部来源于野生资源,连年过度采收,加之生态环境恶化,药材产量不断萎缩,已成为制药相关产业发展的瓶颈问题。课题组前期调查发现,独一味在青藏高原东北部川青甘接壤区海拔4000m~5000m退化草甸中集中成片分布,在草地中形成了优势种群,展现了良好的适应性。探索草地退化如何胁迫影响独一味,独一味又是如何适应并生存,是推动独一味资源可持续利用的有益研究。本研究针对不同退化程度草地的独一味开展了种群生态学、抗逆生理、形态结构3个方面的比较研究,以期阐释独一味在高原退化草地的生长适应策略,为后续独一味的野生抚育及人工规模化种植提供科学依据,亦可为其他高原野生药用植物的生态适应性研究提供参考。材料与方法:本研究调查区域位于四川省阿坝藏族羌族自治州阿坝县若柯河牧场分水岭。在研究区域选择独一味集中分布种群,根据调查区域中植物群落草地覆盖度不同,按草地退化分类标准将调查区域分为轻度退化草地、中度退化草地、极度退化草地3种等级。采用种群生态学调查方法,统计测量不同退化样地样方中独一味的植株数量、植株叶展距(长、宽)、处于繁殖期(开花)植株数量。利用SPSS19.0统计软件对以上指标进行分析,比较不同退化程度草地独一味种群特征的差异,根据结果分析独一味种群分布规律及繁殖策略。在不同退化程度草地分别选取大小相近的独一味植株,采集2片大叶于FAA固定液中保存,用于独一味叶片显微结构观察比较。显微观察所用叶片横切片及叶表皮细胞装片采用徒手切片法制作。观察叶片横切片,比较不同退化程度草地叶片厚度、表皮细胞、角质层厚度、栅栏组织排列状态(紧密度、列数)、栅栏组织/海绵组织的比值(栅海比),计算叶片紧密度(CTR)与疏松度(SR);观察叶表皮细胞装片,比较不同退化程度草地叶片气孔密度、腺鳞密度,计算气孔指数。通过比较不同退化程度草地中独一味叶片显微结构的差异,分析在草地退化背景下独一味形态结构上的适应策略。在不同退化程度草地上分别选取大小相近的独一味植株,采集2片大叶,称重,于液氮罐中保存带回实验室,储存于-80℃超低温冰箱中待测。采用紫外分光光度法进行叶片抗逆生理生化指标的含量测定,包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖(SS)、可溶性蛋白(SP)7种测定指标。利用模糊隶属函数法对不同退化程度草地独一味的抗逆性进行评价。分析在草地退化背景下独一味的抗逆生理适应策略。结果:1.独一味野外种群生态学研究显示:紫羊茅-独一味群落(中度退化草地)的独一味密度明显高于金露梅-紫羊茅群落(轻度退化草地)及边坡裸地(极度退化草地);轻度退化草地独一味开花植株比例明显高于其他等级退化草地中独一味种群;轻度退化草地独一味展距明显大于中度、极度退化草地,但极度退化草地中独一味展距的标准差较大,植株大小差异大,其中有些植株甚至大于轻度退化等级草地中植株。2.独一味显微结构观察结果显示:随退化程度的增加,叶片厚度逐渐变小,角质层逐渐增厚,表皮细胞形态趋于规整,排列趋于整齐,紧密;腺鳞数增多,气孔多为不定式或不等式且数目增多。轻度退化草地与中度、极度退化草地的叶片厚度上存在显著性差异(P<0.05),叶片厚度最大;轻度退化草地与中度、极度退化草地的上表皮角质层厚度存在显著性差异(P<0.05),随退化程度增加角质层变厚;3种不同退化等级草地独一味的腺鳞密度均存在显著性差异(P<0.05),且随退化等级的增加密度增大;极度退化草地叶片的气孔指数最大。轻度退化草地的独一味叶片栅栏组织排列疏松,间隙明显,多2列,呈不规则弯曲状;中度退化草地与极度退化草地的独一味叶片栅栏组织排列紧密,呈规则条形,多2~3列,极度退化草地的栅栏组织排列紧密度略大于中度退化草地。3.抗逆生理生化指标测定结果显示:独一味叶片中SOD、POD的含量在3种草地退化胁迫下均存在显著性差异(P<0.01),中度退化草地独一味叶片MDA、Pro及SS含量与轻度、极度退化草地存在显著性差异(P<0.01),而CAT与SP含量无显著差异。相关性分析结果表明某些抗逆生理指标含量之间存在相关性,酶促防御系统相关指标SOD与POD、SOD与MDA、POD与MDA含量之间存在极显著的正相关,渗透调节系统指标Pro、SS之间存在极显著负相关,SP与SS含量间也呈显著负相关。经模糊隶属函数法计算,中度退化草地中独一味表现出最强抗逆性,轻度退化草地次之,极度退化草地最差。结论:1.轻度退化草地:独一味因植株高度和种群数量不具竞争优势,未成为优势植物;中度退化草地:独一味抗逆性最强,主要通过种群数量增加、地下部分生物量分配增加、酶促防御系统相关指标(SOD、POD、CAT)含量增多和形态结构抗性增强来对退化草地进行适应;极度退化草地:生境退化导致微环境条件极端不稳定,严重影响独一味种子成熟以及幼苗萌发,导致种群数量显著减少。2.形态结构上,发达的根系、较厚的角质层、不断增加的气孔密度与腺鳞数目,排列更加紧密的表皮细胞、栅栏组织,均是独一味形态结构上对于退化草地的响应特征。3.生理适应性上,保护酶系统是独一味对退化草地的一大适应策略;且从3种退化程度草地并未大量积累Pro的角度,充分说明独一味在生理上已经产生了对退化草地的适应性。4.独一味对于退化草地的适应机制比较复杂,是多种因素共同作用的结果。本研究提示在育苗阶段可参考紫羊茅-独一味群落中等退化生境进行生态育苗,以提高种苗成活率;而在规模化定植后应采用合理的群落干预措施模拟金露梅-紫羊茅群落轻度退化生境,以提高药材产量。