二、选题依据（包括项目的学术价值、应用价值、国内外研究现状分析） ? 本课题的学术价值 本课题选取东北重要样带松嫩草原为采样地，并运用禾本科哑铃形植硅体代表——狗尾草植硅体作为代用指标来探讨植物对全球变暖的响应。 本课题的研究，具有如下几方面的学术价值： 1. 松嫩草原作为中国东北样带的重要组成部分，对全球变化十分敏感。是半湿润半干旱草原生态系统的典型代表，在草原生态系统对全球变化的响应中占有重要的地位。 2. 小组采用松嫩草原优势植物狗尾草，采用植硅体这一能够记录细胞形态和排列结构变化的代用指标，探讨其对模拟增温的响应方式和生理机制。以期从一个崭新的角度来加深植物对全球环境变化响应的理解，为研究松嫩草原对未来全球变化的响应提供一个新的思路。 3. 狗尾草在全国分布广泛，是禾本科哑铃形植硅体的典型代表。有利于完善禾本科植物植硅体的统计研究。 ? 本课题的应用价值 6
1. 从狗尾草植硅体入手研究能够从一方面反映全球变暖对环境的影响。 2. 松嫩草原是我国东北的主要农作物生产地，狗尾草作为谷类作物的野生种，研究其植硅体形态能为以植硅体作为谷类分类指标提供帮助。 3. 通过科研实践，有助于对大学生科研实践能力的培养，提高本科大学生的动手及分析能力。 ? 国内外研究现状分析 18世纪第一次工业革命爆发后，人类大量开采矿产资源使得温室气体急剧增加，导致全球性增温，对生态系统的多样性造成严重影响。目前，全球变暖已成为现阶段全球持续关注的热点。 目前区域对于全球变暖的响应研究主要依赖两种方式，即模型模拟预测和人工控制模拟实验。但现阶段研究成果还存在诸多限制，由于两种模拟方法涉及区域生态系统的不同层次，对模拟结果的集成分析也难以进行，已有的研究成果对未来环境变化可能产生的影响的评估还存在诸多的不确定性。全球变暖的影响研究仍需要大量的基础研究工作，也需要不断地探讨新的研究方法和途径。 植硅体是沉积在植物细胞以及细胞间隙的一种具有特殊形态的二氧化硅矿物，其形态特征与大小决定于植物细胞及细胞间隙的形态大小，而细胞及细胞间隙的形态大小是由其生长环境其影响的植物生长系统及生理机制所决定的,因此植硅体可以反映其形成时的环境和气候状况。自1804年至20世纪中期可以认为是发现和探索阶段。1804年de Saussure 发现了植物体内有硅成分（D.Bowdery，1989）。此后，植物能从土壤中吸收硅的习性逐渐获得早起植物界的公认。1862年Sachs正式提出硅是否参与营养过程问题。1847年和1854年，微体古生物先驱Ehrenberg发现了形态不同的硅质体，为以后的研究奠定了基础。1866年俄国人Pynneut在欧洲针茅和黑钙土中发现了这些硅质体，并命 7
名为Phytolith。1872年Duval-Jouve和1884年Westermaier先后对莎草科表皮的硅质细胞进行研究，观察了12个属的57个种表皮中的“特征硅质锥体”，这使植物体内部的硅酸体研究工作向前迈了一步。1899年Halm在Westermaier的启发下，研究了北美莎草科植物硅酸体。1907年Hanausek指出大麦壳表皮细胞强烈硅化。1914年Haberlandt和1926年Chermazone也注意了莎草科中“独特的强烈硅质化的圆锥形突起”。1936年Hector指出了大麦鞘皮和内麸表皮细胞呈硅化状态；同年Part研究了禾本科某些种属的硅酸体，进行简单的分类并研究了它们在某些种属之间的差别。1956年馆罔亚绪从解剖学角度研究了画眉草亚科、黍亚科的硅酸体。1959年G.Baker研究了燕麦表皮细胞中硅酸体的分布。1961年Bonnett对燕麦颖片、鞘皮做硅酸体分析，并研究了它们在组织中的分布状况。1976年近藤鍊三研究了对日本当地的木本植物植硅体做了细致的研究，最后得出各种属植硅体含量的差别。1978年J.W.Geis研究了禾本科中的3个属的各组织中的植硅体含量分布。1980年H.G.Richter进一步对樟科植物中植硅体分析，探讨其的亲缘关系。1981年高桥英一等对稻亚科、黍亚科、画眉草亚科运用化学成分鉴定的方法计算硅含量。1982年以后，植硅体研究进入了一个新的阶段，成立植物硅酸体研究的国际组织、定期出版刊物、新技术新手段的应用等使得硅酸体研究更加深入和广泛。 我国研究工作起步相对较晚，从上世纪80年代王永吉、吕厚远等科学工作者开始涉入植物硅酸体研究，1992年，王永吉和吕厚远总结国外研究，出版了国内第一本学术专著，并列出了几种重要的研究方法。进入21世纪以后，一些学者对我国现代植物(以禾本科为主)的硅酸体形态进行分析。2004年，黄翡研究了内蒙古典型草原禾本科植硅体形态，同年又研究了内蒙古草原中东部现代表土植硅体组合与植被关系。2005年徐德克对棕榈科植硅体形态分析及其环境意义做了深入的研究。2007年靳桂云等提取了山东胶州赵家庄遗址4000年前稻田的植硅体，并进行验证分析。2008年，旺罗做出对青藏高原常见早 8
熟禾亚科植硅体形态特征的研究。目前，我校关于植硅体方面的研究集中于羊草和芦苇方面，而对于不同温度梯度下狗尾草植硅体形态变化还没有进行系统研究，希望借此次尝试能够为植物硅酸体研究提供帮助。 9
三、研究方案（包括研究内容、研究目标、研究方法、实验方案、技术路线、可行性分析等） ? 研究内容 1. 观察狗尾草中特征植硅体。 2. 研究不同温度梯度下狗尾草植硅体形态变化规律。 3. 研究松嫩草原狗尾草植硅体形态对人工模拟升温的响应。 ? 研究目标： 识别特征植硅体；总结狗尾草植硅体在不同温度梯度下植硅体形态的变化规律；探讨狗尾草植硅体对模拟增温的响应方式，从而从植物硅的角度分析松嫩草原优势植物对全球增温的响应及变化。 ? 研究方法 1.实验方法： 采用湿式灰化法，首先进行植物样品的预处理，然后加入氧化剂去除有机质，然后离心、清洗、离心、制片并观察。 2.观察方法： 利用MOTICTM生物显微镜进行植硅体形态的观察，在玻片上找到植硅体分布相对均匀的位置进行观察，并鉴定其形态。 3.数理统计分析方法： 利用Excel、SPSS、MOTICTM生物显微镜附带测量软件进行数据的统计与分析，利用数学模型建立植硅体与环境因子的关系模型。 ? 课题设计思路： 本课题将北纬28.03°，北纬33.38°，北纬34.26°，北纬43.43°，把纬度设置成一个温度梯度，并在长岭地区建立人工模拟增温和自然生长两个温度梯度，从而探究狗尾草对 10