异质性重金属镉胁迫下克隆整合对匍匐茎草本植物积雪草生长的影响

 采用盆栽试验研究了异质性重金属镉胁迫下, 克隆整合对匍匐茎草本植物积雪草(Centella asiatica)生长的影响。将远端分株(相对年幼的分株)分别置于对照和镉胁迫处理下, 并对远端分株与近端分株(相对年长的分株)之间的匍匐茎进行切断或保持连接处理。研究结果显示: 镉胁迫处理显著降低了积雪草远端分株的净光合速率(P_n)、最大光量子产量(F_v/F_m)、叶绿素含量、叶面积、分株数和生物量; 克隆整合缓解了镉胁迫对远端分株生长的不利影响; 克隆整合不仅未导致相连近端分株的损耗, 而且相连近端分株的光合效率也没有表现出补偿性增加; 克隆整合降低了远端受胁迫分株的根冠比, 从而使之减少了对土壤中重金属镉的吸收; 匍匐茎切断和镉胁迫处理对近端分株、远端分株的叶柄长没有显著的影响。结果表明: 克隆整合提高了积雪草遭受镉胁迫的远端分株的生长, 改变了其生物量分配格局, 并有助于整个克隆片段在异质性重金属胁迫下的生长。该研究对于丰富和发展异质性环境胁迫下克隆整合的生态适应对策具有重要意义。     

克隆整合对异质性盐分胁迫下积雪草生长的影响

以匍匐茎草本克隆植物积雪草(Centella asiatica)为材料进行盆栽试验,研究了克隆整合特性对异质性盐分胁迫条件下植物生长的影响。试验中将远端分株(较幼分株)分别处于盐分胁迫或正常土壤条件下,切断或保持其与近端分株(较老分株)间的匍匐茎连接。结果表明：盐分胁迫下,克隆整合提高了受胁迫远端分株和整个克隆片断的叶面积和生物量等生长指标;与未遭受盐分胁迫处理相比,匍匐茎连接处理导致远端分株的根冠比显著降低。克隆整合还减轻了盐分胁迫对分株的叶绿素含量和光化学效率的影响,但盐分胁迫下,匍匐茎连接处理远端分株的净光合速率与匍匐茎切断处理远端分株并无显著差异,连接受胁迫的远端分株并没有引起近端分株生物量的明显损耗以及光合速率的补偿性提高。总之,克隆整合促进了积雪草遭受盐分胁迫的分株和整个克隆片段的生长,这对于丰富和发展异质性环境胁迫下克隆植物的生态适应对策具有重要意义。     

克隆整合有助于狗牙根抵御水淹

尽管国内外开展了大量的克隆整合对克隆植物抵御逆境能力影响的研究, 但整合对植物抵御水淹能力的影响研究仍比较缺乏。该文从克隆整合的角度探讨多年生草本植物狗牙根(Cynodon dactylon)对水淹胁迫的响应。试验模拟了先端分株(相对年幼的分株)分别处于0、5和15 cm三种水淹胁迫环境, 并在每个水淹梯度下实施先端分株与基端分株(相对年长的分株)之间匍匐茎连接或切断处理, 调查水淹一个月后基端分株和先端分株以及整个克隆片段在形态和生理上的表现。研究发现: 切断匍匐茎连接显著降低了狗牙根先端分株的生长, 表现在生物量下降、匍匐茎长度减短和分株数减少等方面; 水淹显著抑制了先端分株的生长, 但对基端分株的生长并未造成显著影响; 在5 cm水淹处理下, 匍匐茎保持连接时, 先端分株和整个克隆片段的生长显著增加; 连接或切断处理在不同水淹梯度下对匍匐茎平均节间长没有显著影响, 对先端分株或基端分株在光化学转化效率上也未表现显著性差异。结果表明: 克隆整合效应促进了狗牙根在水淹胁迫下分株的生长, 并有助于整个克隆片段抵御水淹胁迫。     

两种践踏胁迫下克隆整合对入侵植物空心莲子草生长的影响

研究了两种践踏胁迫下克隆整合对入侵植物空心莲子草生长的影响.结果表明:(1)切断分株间的匍匐茎连接,会降低先端分株的生物量、分株数、总匍匐茎长度和总叶片数,但会显著增强基端分株的生物量.(2)对先端分株的践踏胁迫会显著降低先端分株叶片的叶绿素相对含量,对基端分株的践踏胁迫会显著降低基端分株的生物量和总匍匐茎长度.(3)对于基端分株的分株数、总匍匐茎长度和总叶片数来说,当进行基端分株践踏胁迫时,匍匐茎连接对其影响不大,而当进行先端分株践踏胁迫时,则明显对其不利.(4)对于整个克隆片段,践踏胁迫的差异和匍匐茎是否切断对其生长没有显著影响.     

不同土壤养分条件下克隆整合对薇甘菊忍耐埋藏能力的影响

克隆植物可通过克隆整合较好地适应逆境胁迫,克隆整合对克隆植物忍耐逆境胁迫能力的促进作用可能随环境条件而异。本文以海南恶性入侵植物薇甘菊为对象,通过温室盆栽实验,研究不同土壤养分条件下(低或高)克隆整合对薇甘菊匍匐茎克隆片段(具2个节)忍耐部分分株被埋藏(仅远端分株被埋藏)能力的影响。结果表明:当远端分株被埋藏3 cm时,无论有无克隆整合,其均有较高的出苗率;当远端分株被埋藏入土壤6 cm时,克隆整合显著提高了其出苗率(从不足17%提高到67%),且这些结果不受土壤养分条件的影响。对于近远端均出苗的克隆片段,埋藏深度、是否保持克隆连接对克隆片段的总生物量未见显著影响,尽管近端或远端分株生物量可能受到影响。即便是对远端分株埋藏6cm的处理,克隆整合也可使克隆片段的总生物量维持在和远端分株没有被埋藏时克隆片段总生物量相当的水平,且这些结果也不受土壤养分条件的影响。因此,克隆整合是薇甘菊对局部埋藏胁迫的生态适应对策之一,它能够提高薇甘菊被埋藏分株的存活,提高薇甘菊在局部埋藏胁迫下的适合度。不同土壤养分条件下,克隆整合对出苗率和生物量的影响差异不大,可能是因为不同土壤养分条件下,克隆分株间的资源输送并没有差别,或埋藏深度(6 cm)不足以使植物生长表现出差别。     

Clonal integration affects growth and sediment properties of the first ramet generation,but not later ramet generations under severe light stress

克隆整合影响严重光胁迫下第一分株世代的生长和沉积物特征但不影响 后续分株世代的生长和沉积物特征 克隆整合通过缓冲环境压力和提高资源获取效率使克隆植物受益。然而,在一个克隆系统中,受益于克隆整合的连接分株世代的数量很少受到关注。我们进行了一个盆栽实验来评估沉水植物苦草 (Vallisneria natans)克隆系统内的生理整合程度,该克隆系统由一个母株和3个依次连接的后代分株组成。 母株生长在正常光照下,而后代分株被严重遮荫。母株与后代分株间的匍匐茎被切断或保持连接,但3个后代分株之间的连接仍然存在。与遮荫的后代分株连接时,苦草未遮荫的母株的光合能力显著增强,但其生物量积累大大减少。克隆整合显著增加了第一分株世代(相邻分株)的生物量积累和土壤的碳氮可用性、胞外酶活性和微生物生物量,但没有增加后续分株世代的这些特征。我们的结果表明,在严重光胁迫下,来自苦草母株的支持可能仅限于克隆系统中相邻的后代分株,这暗示着一个分株世代的效应。我们的结果有助于更好地理解克隆植物的层次结构和分段化。这些发现表明克隆整合程度在分株种群的生态相互作用中起着至关重要的作用。     

克隆整合对无芒雀麦(Bromus inermis)忍受沙埋能力的影响

无芒雀麦是浑善达克沙地植物群落中占优势的多年生根茎禾草。研究了克隆整合特性对无芒雀麦忍受沙埋能力的影响。结果表明,克隆整合显著提高了远端完全沙埋分株的存活,耗-益分析表明远端沙埋分株的生物量、分株数、叶片数、根茎节数和根茎总长显著受益于克隆整合,而与之相连的近端非沙埋分株却没有产生显著的损耗,并且随着沙埋程度增加时,远端沙埋分株的收益有增大的趋势。因而,克隆整合特性是无芒雀麦对严酷沙埋环境形成的重要适应对策,它能够缓解沙埋对无芒雀麦存活、生长的胁迫,提高其在半干旱沙化地区的适合度。     

克隆整合对无芒雀麦(Bromus inermis)忍受沙埋能力的影响

无芒雀麦是浑善达克沙地植物群落中占优势的多年生根茎禾草。研究了克隆整合特性对无芒雀麦忍受沙埋能力的影响。结果表明,克隆整合显著提高了远端完全沙埋分株的存活,耗-益分析表明远端沙埋分株的生物量、分株数、叶片数、根茎节数和根茎总长显著受益于克隆整合,而与之相连的近端非沙埋分株却没有产生显著的损耗,并且随着沙埋程度增加时,远端沙埋分株的收益有增大的趋势。因而,克隆整合特性是无芒雀麦对严酷沙埋环境形成的重要适应对策,它能够缓解沙埋对无芒雀麦存活、生长的胁迫,提高其在半干旱沙化地区的适合度。     

异质性光照下匍匐茎草本狗牙根克隆整合的耗益

在一盆栽实验中,将匍匐茎草本植物狗牙根克隆分株对进行异质性光照处理,对远端分株(幼年)分别进行不同程度的遮荫,并对分株对之间的匍匐茎进行保持连接或是切断处理。结果显示:在中度遮荫时,切断匍匐茎连接显著降低了远端分株的生物量和净光合速率(Pn);在重度遮荫时,切断匍匐茎连接显著降低了远端分株的分株数、叶片数、生物量、净光合速率(Pn)、最大光量子产量(Fv/Fm)和实际光量子产量(ФPSⅡ),克隆整合缓解了遮荫胁迫对远端分株生长的影响。在中度遮荫时,保持匍匐茎连接显著提高了近端分株的净光合速率(Pn);在重度遮荫时,保持匍匐茎连接显著提高了近端分株的最大光量子产量(Fv/Fm)、实际光量子产量(ФPSⅡ)和净光合速率(Pn),克隆整合使得相连未受胁迫近端分株的光合效率表现出补偿性增加。相比于匍匐茎切断处理,当远端分株遭受重度遮荫胁迫时,克隆整合引起近端未受胁迫分株生物量显著降低,而整个克隆片段生物量没有显著变化。因此,当远端分株遭受重度遮荫胁迫时,匍匐茎草本狗牙根可能采取一种风险分摊策略以降低基株死亡风险,这样一种策略对于维持克隆植物在异质性生境中基株适合度具有重要意义。     

异质水分环境下野牛草相连分株间光合同化物的生理整合及其调控

异质环境下,克隆植物通过生理整合机制使资源在分株间实现共享,提高了其对异质性环境的适应能力,具有重要的生态进化意义,研究生理整合机制及其调控机理可为进一步发掘克隆植物应用潜力提供理论依据。以野牛草3个相连分株为材料,对其中一个分株用30%聚乙二醇6000(PEG-6000)模拟水分胁迫,通过Hoagland营养液培养试验,研究了异质水分环境下光合同化物在野牛草相连分株间的生理整合及分株叶片与根系内源激素ABA与IAA含量的变化规律。结果表明,14C-光合同化物在克隆片断内存在双向运输,但以向顶运输为主,异质水分环境下,受胁迫分株光合同化物的输出率明显降低,而与其相邻分株合成的光合同化物向受胁迫分株方向运输率明显增加;异质水分环境下,各分株ABA含量均明显增加,但以受胁迫的分株叶片及根系ABA的含量增加幅度最大,各分株IAA含量较对照均显著下降(P0.05),且以受胁迫分株IAA含量下降幅度最大;各分株叶片与根系ABA/IAA均显著提高(P0.05),相邻分株ABA/IAA增加幅度低于受胁迫分株。异质水分环境影响野牛草克隆分株间光合同化物的生理整合,且ABA与IAA在分株间光合同化物运输与分配过程中具有重要的调节作用。     

Effects of salinity and clonal integration on growth and sexual reproduction of the invasive grass Spartina alterniflora

The purpose of this study was to explore clonal integration of Spartina alterniflora under gradually changing substrate salinity conditions. We hypothesized that there might be a trade-off between growth and sexual reproduction influenced by soil salinity and, that clonal integration would change this trade-off. The experiment consisted of three levels of substrate salinity (5‰, 20‰ and 35‰), two clonal integration treatments (rhizomes severed or not), and three growth stages of daughter ramets (21, 40 and 60 cm tall). Both growth and sexual reproduction of S. alterniflora greatly decreased with increasing salinity. Clonal integration enhanced the survival, growth and sexual reproduction of daughter ramets experiencing salt stress, especially for young ramets, whereas the performance of mother ramets was reduced by clonal integration. Therefore, clonal integration did not affect performance of the whole clones. Contrary to expectations, there was no evidence for a trade-off between growth and sexual reproduction associated with salinity. In addition, clonal integration did not change the effect of salinity on the growth and sexual reproduction of mother and daughter ramets nor of the whole clones.     

Ephemeral clonal integration in Calathea marantifolia (Marantaceae): Evidence of diminished integration over time

A major advantage of clonal growth forms is the intergenerational transfer of resources through vascular connections (clonal integration). Connections linking ramets can be persistent or ephemeral. For species with ephemeral connections, whether the extent of clonal integration changes over time is unclear. To address this issue, we tracked water movement using an isotopic label and assessed the demographic performance of parent and offspring ramets over time in a severing experiment. Our study system was the understory herb Calathea marantifolia, which has parent ramets that produce vegetative bulbils (clonal offspring) that pass through distinct pre- and post-rooting stages. Little water was transported between parents and offspring, and the direction of movement was primarily from parent to pre-rooting offspring. Anatomical observations of inter-ramet connections showed that vascular bundles were twice as abundant in parent stems compared to inter-ramet connections. Severing inter-ramet connections reduced the growth of offspring ramets but not parents. Survival of pre-rooting offspring was reduced by 10% due to severing, but post-rooting offspring were not affected. Our results suggest that offspring ramets of C. marantifolia are weaned from their parent as they progress from pre- to post-rooting stages.     

Does clonal integration improve competitive ability? A test using aspen (Populus tremuloides [Salicaceae]) invasion into prairie

Many clonal plants consist of many connected individual ramets, allowing them to share water and nutrients via physiological integration. Integration among ramets may also improve the ability of clonal plants to tolerate abiotic stress or improve the competitive ability of individual ramets. Here I use a field experiment to determine whether clonal integration improves ramet performance for a widespread clonal tree species invading into native prairie. Aspen (Populus tremuloides) dominates the southern treeline in western Canada, has long-lived belowground connections between mother and daughter ramets, and reproduces vegetatively via resprouting rhizomes after disturbance. I applied two competition treatments (neighbors present or absent) and two clonal integration treatments (belowground rhizomes between mother and daughter ramets either severed or left intact) to 12 replicate Populus daughter ramets at each of three sites. Neighbors improved the survivorship of Populus ramets by 25-35% after 2 yr, but decreased growth by ～20%. Clonal integration tended to improve ramet survival and growth, but these trends were often not significant. Clonal integration did not alter the effects of competition from neighboring vegetation, suggesting that connections between ramets do not necessarily improve the competitive ability of Populus invading into native prairie.     

毛乌素沙地游击型克隆半灌木羊柴对局部沙埋的反应

不同程度的沙埋是生长在干旱和半干旱区内陆沙丘的植物经常遭遇的事件,沙埋可以改变植物所处的生物和非生物环境条件。已有研究表明不同程度的沙埋对于植物的影响不同。轻微程度的沙埋可以增加植物高度、促进生物量的积累和新生分株的产生。如果沙埋强度不断增加,对植物的影响由正效应逐渐转变为负效应。即超过一定沙埋阈值后,沙埋会削弱植物的生长,甚至影响植物的存活。干旱和半干旱区内陆沙丘中常常生长着许多克隆植物,克隆整合常常可以缓解克隆植物分株所遭受的局部环境胁迫。根茎型克隆植物羊柴(Hedysarum laeve)是毛乌素沙地的优势半灌木之一,也是当地重要的固沙植物。为了探讨克隆整合的作用是否可以提高沙埋阈值,并有助于羊柴忍受高强度的沙埋,以其为研究对象开展了野外实验。结果表明:轻微程度的沙埋(例如沙埋深度是原始羊柴分株高的10%~20%)可以加速羊柴分株的高生长,提高叶片生物量、茎生物量以及整个地上部分的生物量。高强度的沙埋(例如沙埋深度是原始羊柴分株高的80%~100%)会削弱羊柴分株的存活和生长。在与不遭受沙埋分株相连的情况下,羊柴分株遭受沙埋的阈值高于没有分株相连的,而且在高强度的沙埋下,前者(有分株相连的遭受沙埋的分株)比后者(没有分株相连的遭受沙埋的分株)在株高增量、茎生物量、叶片生物量以及地上分株生物量上都要显著高。这暗示着克隆整合提高了羊柴遭受沙埋的阈值并有助于羊柴分株忍受高强度的沙埋。     

莲草直胸跳甲取食对空心莲子草和莲子草克隆整合的影响

很多外来入侵植物都具有克隆生长习性,探究克隆整合特性与外来克隆植物入侵性间的关系对阐明其生态适应性及入侵机制具有重要的意义。本研究以入侵植物空心莲子草及其本地同属种莲子草为研究对象,比较在生防昆虫莲草直胸跳甲的取食下,克隆整合对两种植物先端分株、基端分株及整个克隆片段生长和生物量分配的影响。结果表明: 在莲草直胸跳甲取食下,有克隆整合的空心莲子草先端分株的叶片数、茎长、分株数及整个克隆片段的地径均显著高于无克隆整合植株,其基端分株及整个克隆片段的地下生物量和总生物量相较于无克隆整合植株分别降低了78.2%、60.9%和48.7%、37.2%;有克隆整合的莲子草先端分株的地径及整个克隆片段的叶片数与无克隆整合植株相比显著增加,其基端分株数显著降低了21.7%,而其先端分株、基端分株及整个克隆片段的生物量均无显著差异。耗益分析表明,在莲草直胸跳甲取食下,空心莲子草先端分株的分株数与生物量及莲子草先端分株的分株数均能通过克隆整合显著受益,而两种植物基端的分株数、生物量的耗益则不受克隆整合处理的影响。这些结果表明,克隆整合虽能在一定程度缓解莲草直胸跳甲对于两种植物先端分株的取食压力,且空心莲子草的克隆整合作用要强于莲子草,但在整个克隆片段水平上,两种植物并不能通过克隆整合显著获益。