克隆整合提高淹水胁迫下狗牙根根部的活性氧清除能力

虽然国内外已开展大量关于克隆整合影响植物抗逆生理的研究,但迄今未见克隆整合是否会影响逆境下不同分株清除活性氧过程的报道。以河岸带适生克隆植物狗牙根(Cynodon dactylon)为例,研究克隆植物的抗氧化生理响应,检测了狗牙根在先端淹水/不淹水、先端与基端匍匐茎连接/切断两个因素的交互作用下的根部主要抗氧化酶:超氧化岐化酶(Superoxide dismutase, SOD)、抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase, APX)、过氧化氢酶(Catalase, CAT)的活力以及生物量的变化。结果显示,淹水环境中狗牙根先端的生物量和根部SOD酶活力在匍匐茎连接处理下显著高于切断处理组,同一处理的生物量以及根部APX、CAT酶活力总体上表现出不同程度的提高趋势;与受淹先端连接的基端分株根部抗氧化酶活力均低于切断处理组,且SOD和CAT受连接处理影响显著;淹水和切断处理显著降低先端分株的生物量,但对基端和克隆片段影响不明显。这表明淹水胁迫下克隆整合提高了其根部活性氧清除能力,显著改善了先端分株的表现。     

狗牙根营养繁殖体对模拟水淹的生物学响应

研究了水淹条件下狗牙根(Cynodon daetylon)繁殖体的形态特征和生物量的变化及其水淹后的恢复状况.结果表明,水淹深度的增加会诱导植株茎快速增高,而叶片数则明显下降.水淹时间对植株叶片数、茎直径、茎与根长比的影响显著,而对分枝数、茎长、根长、茎节数不显著.植株地上部生物量和总生物量随着水淹时间的延长而显著减少,但地下部生物量的变化不显著.所有实验处理的植株水淹后都能存活且恢复生长.但水淹对恢复期植株的生长仍有影响,植株的茎长、根长、分枝数、直径、叶片数、叶长、宽度以及叶的长宽比都随水淹时间的延长而显著减少,但茎节数与叶片数的差异不显著.根、茎、叶生物量和植株总生物量也随着水淹时间的延长而减少.实验表明狗牙根繁殖体通过延长茎长、改变叶形和减少生物量等方式对水淹显示出较强的耐受能力.     

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。     

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。     

水淹对狗牙根营养繁殖植株的生理生态学效应

通过控制实验,测定了经过水淹处理的狗牙根营养繁殖体在恢复阶段的光合作用及其相关的生理生化指标的变化。结果显示,水淹时间对恢复阶段营养繁殖体的蒸腾作用和叶片温度的影响达到显著水平,水淹深度对该时期营养繁殖体的光合作用、气孔导度、胞间二氧化碳浓度和叶片温度有显著影响。水淹还导致了恢复期间植株叶片光合色素含量的显著变化。经过水淹的植株的各类光合色素含量以及色素总含量都显著高于对照植株,其中全淹处理的植株显著高于半淹处理的植株,叶绿素a与叶绿素b的比例也是全淹处理的植株显著高于半淹处理的植株。结果表明狗牙根营养繁殖体具有较强的恢复生长和生理活动的能力,是一种适宜于水电工程库区消落带生态恢复的物种。     

百里香无性系的克隆生长特征

植物克隆生长及其与生态适应性的关系是当今植物种群生态学研究的热点和前沿课题,但目前小半灌木克隆生长的研究开展不多。百里香(Thymus serpyllum var. asiaticus)是一种具有地面匍匐茎的草本状小半灌木,可在土壤侵蚀剧烈、基岩大面积裸露的砒砂岩区形成百里香单优群落,在维持生态系统稳定方面具有重要的生态学作用。皇甫川流域是砒砂岩大面积分布的典型区域,在这一地区对百里香无性系的克隆生长进行研究,不仅具有重要的学术价值,而且在生态环境建设方面也具有一定的现实意义。在皇甫川流域选择含三级分株的百里香无性系,对其各级分株的总生物量、各构件生物量及数量、各构件生物量占总生物量的百分比及其月变化进行了研究。结果表明: 1)母株与子代相比,在总生物量、构件生物量及数量上占有绝对优势,而且具有体型大、结构复杂的特点; 2)对生物量分配格局的研究显示,母株根的生物量在总生物量中所占的比例最大,其叶所占的比例较低。子代叶的生物量在总生物量中所占的比例最大,其根所占的比例较低;3)不同级别分株在生物量分配上的差异,揭示了相互连接的分株在功能上的差别,母株可能更侧重于养分和水分的吸收,子株则更侧重于光合生产;4)构件枝、茎、花生物量分配比月变化显示,子1代各构件的生长规律与母株的基本一致,子2代与母株和子1代的相比差异较大,分析认为这可能是分株间不同程度的生理整合作用造成的结果。     

新疆伊犁河谷平原狗牙根无性系构件的生长

采用随机挖掘整个无性系的方法,在新疆伊犁河谷平原2年无人工管理的葡萄园撂荒地,对狗牙根无性系进行了大样本取样,定量分析了构件生长的规律.结果表明：在30个狗牙根无性系中,分株数平均为（272.6±186.6）个,其中营养分株占总分株数的82.3%,是生殖分株的4.3倍;无性系总生物量为(45.4±40.0) g,其中根茎占总生物量的54.4%,营养分株占21.0%,匍匐茎占14.8%,生殖分株占9.4%;根茎与匍匐茎的累计长度分别为(5.1±4.7) m和(3.3±3.4) m、着生的芽数分别为(291.5±246.8)和(78.8±87.4)个.根茎和匍匐茎芽数与无性系的营养分株、生殖分株、根茎和匍匐茎的数量性状之间均呈极显著的正相关关系(P<0.01),表明在新疆伊犁河谷平原,狗牙根无性系主要以根茎芽实现其持续更新.     

根茎半灌木羊柴对光合同化物的克隆整合

羊柴为根茎半灌木,主要分布于我国北方半干旱区的沙地。该种的营养繁殖是由根茎的水平延伸使顶端分生组织与腋生分生组织序列化不断产生而进行的。本项研究采用^14C标记和去叶实验,探讨了母株、子株所组成的分株对内的光合同化物的整合。在24h的传输中,相当可观量的14C光合同化物自母株传输给子株、子株的根系和根茎,且它们的汇活度均超过了10%。在^14C-光合化物向基向传输（由子株向母株）中,传输率较小,且汇活度不足1%,但根茎在这一传输中的汇活度却超过2%。去叶影响着母株与子株之间的光合同化物整合。保持完整的母株增大向遭受去叶的子株传输光合产物;反之亦然。母相提并论和子株都向根茎传输一定量的同化物,表明根茎自分株获得光合同化物的支持。羊柴的相连分株间通过根茎而发生克隆整合,可能使其分株和基株在不利的沙地生境中都获得净收益。     

天津滨海湿地不同生境芦苇种群生长动态变化对比研究

目的：探究不同生境条件下芦苇种群生长动态变化规律。方法：对天津滨海湿地三个不同生境条件（S1、S2、S3）的芦苇分株密度、分株生物量、土壤的理化指标进行监测,并对芦苇分株密度、分株生物量与土壤理化性质之间相关性进行分析。结果：（1）各月份土壤含水率、土壤pH和土壤可溶性盐含量的变化规律一致：S1S2>S3。（2）各月份芦苇分株密度和分株生物量变化规律一致：S1>S2>S3;并且三个不同生境下芦苇分株密度和分株生物量的变化规律表现为在生长初期的5月份最低,随着月份的增加而增加,9月份达到最大值,10月各指标开始呈现下降趋势。（3）不同月份影响芦苇分株密度和分株生物量的土壤因素不一致。结论：滨海地区土壤含盐量和pH以及养分是影响芦苇种群生长的关键因素。     

短期增温对克隆植物剑叶金鸡菊生长及生物量的影响

剑叶金鸡菊(Coreopsis lanceolata)原产北美, 作为观赏植物传入我国, 被列为有害外来入侵物种。采用开顶式生长室(OTC)模拟增温的方法, 研究了剑叶金鸡菊在增温条件下其形态特征、克隆分株数、生物量及生物量分配的响应。结果表明: 受短期增温的影响, 剑叶金鸡菊的叶片数显著增加85.38%, 株高、叶片长、叶片宽及克隆分株数均没有显著差异。地上生物量的积累在增温后显著增加21.86%, 但增温后地下生物量及根冠比与对照相比没有显著差异。增温对剑叶金鸡菊的地上生物量分配及地下生物量分配有显著影响, 地上生物量分配显著增加, 地下生物量显著减少。综合上述结果可知短期增温促进了剑叶金鸡菊的生长及生物量的积累, 但增温导致土壤水分的降低限制了根系的生长, 使生物量更多分配给地上部分, 利于植物生长, 增强其入侵能力。     

Clonal integration supports the expansion from terrestrial to aquatic environments of the amphibious stoloniferous herb Alternanthera philoxeroides

Effects of clonal integration on land plants have been extensively studied, but little is known about the role in amphibious plants that expand from terrestrial to aquatic conditions. We simulated expansion from terrestrial to aquatic habitats in the amphibious stoloniferous alien invasive alligator weed ( Alternanthera philoxeroides ) by growing basal ramets of clonal fragments in soils connected (allowing integration) or disconnected (preventing integration) to the apical ramets of the same fragments submerged in water to a depth of 0, 5, 10 or 15 cm. Clonal integration significantly increased growth and clonal reproduction of the apical ramets, but decreased both of these characteristics in basal ramets. Consequently, integration did not affect the performance of whole clonal fragments. We propose that alligator weed possesses a double-edged mechanism during population expansion: apical ramets in aquatic habitats can increase growth through connected basal parts in terrestrial habitats; however, once stolon connections with apical ramets are lost by external disturbance, the basal ramets in terrestrial habitats increase stolon and ramet production for rapid spreading. This may contribute greatly to the invasiveness of alligator weed and also make it very adaptable to habitats with heavy disturbance and/or highly heterogeneous resource supply.     

扎龙湿地不同生境芦苇分株的形态特征及生物量分配的异速关系

不同环境条件下的植物个体可以表现出形态特征的分异和物质分配的权衡与调整。采用大样本抽样调查与统计分析方法,比较研究扎龙湿地不同生境芦苇(Phragmites Australis)生殖株和营养株的形态特征以及生物量分配的异速关系。结果表明：在9月末,盐碱生境、旱生生境、湿生生境和水生生境芦苇分株的生长表现出较大的生态可塑性,株高和株重均以盐碱生境最小,水生生境最大,最大值与最小值的比值分别为1.3—3.3和1.8—5.1,分株生长在种群间的变异度高于种群内,与营养株相比,生殖株的变异度较低;分株的支持分配与生产分配的比值为1.8—4.2,生产分配以盐碱生境最高,以水生生境最低,而支持分配和生殖分配表现与生产分配相反的序位;生殖株的花序长和花序重与株高间呈直线函数形式增长,株高和株重低于种群平均值的20%和35%的分株不进行有性生殖;叶重、叶鞘和茎重以及分株重与株高间呈幂函数形式的异速生长关系。植物通过改变个体的形态特征以及调整构件间生物量分配适应不同环境,而受遗传因素控制的构件间生长关系却相对稳定。     

The role of stolon internodes for ramet survival after clone fragmentation in Potentilla anserina

Stoloniferous herbs are common in disturbed habitats, where interconnected ramets frequently become separated by water, grazing animals or human activity. Stolon internodes serve as spacers and transport channels for resources, but they may also fulfil a storage function. We simulated physical disturbance and breakage of stolon connections in the stoloniferous herb Potentilla anserina, to test the hypothesis that juvenile ramets can survive clone fragmentation better if they remain attached to an internode after being severed from the rest of the clone. Juvenile, unrooted ramets were cut off from stolons with and without the preceding (basal) internode and placed on wet soil in a greenhouse. All ramets with an attached internode survived, while survival rates dropped to 37% for ramets from which internodes had been removed. The dry weight per unit volume of internodes decreased by about 20% during the experiment. We conclude that stolons are likely to fulfil a storage function that may be of ecological importance in disturbed habitats.     

番茄对不同养分水平下南美蟛蜞菊和蟛蜞菊化感作用的响应

外来入侵植物分泌的化感物质能够影响本地植物的生长生理特性,养分水平对入侵植物的化感潜力有重要影响。该文通过将番茄植株分别与同种番茄、南美蟛蜞菊、蟛蜞菊植株相邻原位种植,以15%、25%、50%、75%的Hoagland培养液模拟不同养分水平开展温室控制实验,探究在不同养分水平下入侵植物南美蟛蜞菊及其亲缘植物蟛蜞菊的化感作用对本地植物番茄叶绿素荧光参数及生物量的影响。结果表明:(1)番茄在75%养分水平下的叶绿素荧光参数和生物量显著优于其余3个养分水平。(2)随着养分水平降低,番茄叶片的PSⅡ最大光化学效率(F_v/F_m)、PSⅡ实际光合量子产量[Y(Ⅱ)]、光化学淬灭系数(qp)及植株的总生物量显著减少,非光化学淬灭系数(NPQ)和植株根系生物量的分配比例增加。(3)在25% Hoagland培养液处理下,与南美蟛蜞菊混植番茄的F_v/F_m、Y(Ⅱ)、qp和总生物量显著低于与蟛蜞菊混植番茄,NPQ和根系生物量的分配比例显著高于与蟛蜞菊混植番茄。综上结果说明南美蟛蜞菊和蟛蜞菊可能通过根系分泌化感物质抑制番茄的生长发育,且南美蟛蜞菊的化感作用强于蟛蜞菊,而增加栽培基质中的养分水平可以显著降低南美蟛蜞菊和蟛蜞菊对番茄的化感胁迫作用。     

华南象草分株构件生长及其生物量分配的相关性

为了了解人工栽培条件下象草分株构件生物量及其分配的动态变化规律,以华南象草(Pennisetum purpureum cv.Huanan)为材料,分别在2009年6月和12月,对其分株构件生物量数据进行了测量分析.结果表明:在分株生长过程中,叶片生物量呈线性增长,相关性模型确定系数R2为0.209 ～0.784;茎秆生物量呈线性或幂函数规律增长,相关性模型确定系数较高,R2为0.687 ～0.989,茎秆生物量增长规律更为稳定.随着分株总生物量的增长,营养生长期叶片生物量增长速率是生殖生长期的3.39倍;而生殖生长期茎秆生物量增长速率是营养生长期的1.13倍.枯叶生物量在生殖生长期有着较为稳定的线性增长规律,相关性模型确定系数R2为0.471 ～0.676.花序生物量相关性模型均未达显著水平(P＞0.05),花序生物量分配率呈幂值为-1.037的幂函数降低规律.在生殖生长期,叶片和茎秆生物量分配率呈现幂值分别为-0.387和0.093的幂函数变化规律.     

Clonal integration enhances survival and performance of Potentilla anserina, suffering from partial sand burial on Ordos plateau, China

On Ordos plateau, a semi-arid, desertified area in China, sand burial is a common stress factor for plants. The extent to which sand burial occurs is heterogeneous and unpredictable in space and in time. Therefore, clonal fragments (i.e., interconnected ramets of a clonal plant) often experience partial sand burial, with some ramets buried in sand while the rest may remain unburied. It was hypothesized that clonal fragments are able to benefit from clonal integration, in case they experience partial sand burial. A pot experiment was conducted with Potentilla anserina, a stoloniferous herb often found on Ordos plateau. We used clonal fragments consisting of four interconnected ramets. In the experiment, the two proximal (older) ramets were unburied while the two distal (younger) ramets were either unburied (control) or buried with a 2, 4 or 6 cm deep layer of sand (burial treatments). The stolon connection between the proximal and the distal ramets was either severed or left intact. Stolon severing dramatically decreased the survival of buried ramets. Stolon severing and sand burial had significant effects on plant performance in terms of biomass production, number of leaves and leaf area. A cost–benefit analysis based on performance measures shows that the proximal ramets supported their connected distal ramets and did not incur any cost from this resource export. These results suggest that clonal integration, which is one of the functionally most important consequences of clonal growth, contributes significantly to our test species' capacity to withstand partial sand burial on Ordos plateau, a semi-arid and desertified area of China.     

半干旱黄土丘陵沟壑区柳枝稷（Panicum virgatum）的生物质形成

为深入认识半干旱黄土丘陵沟壑区引种能源植物柳枝稷生物质生产的开发潜力及其约束机制,调查了农田、植丛尺度上早熟和晚熟柳枝稷年度生命周期内生物量累积、分株建成动态,以及土壤水分供求平衡过程。研究发现,植丛尺度早熟柳枝稷抽穗比例近100％,分株生殖发生大小阈值依赖基本丧失,高度大小分布近似正态,种群内光资源竞争强度明显弱化,与晚熟类型形成明显差异。农田尺度晚熟柳枝稷生物质产量可以达到15t／hm^2,高出早熟类型近1倍,但是其立地80～400cm土层的含水量稳定在7％以下,土壤干旱已经发生,早期干旱胁迫导致的生长停滞,以及生长中后期的成片倒伏现象在两年的观测周期内连续出现。早熟柳枝稷立地则形成相对稳定的白草、柳枝稷复合优势植被结构,深层土壤水分含量稳定在10％以上,实现了跨年度的土壤水分供求平衡。植丛尺度的生物质形成在一定程度上取决于分株生殖发生的大小依赖程度和分株间竞争关系格局,基于植丛尺度普遍的生殖发生和明显弱化的光资源竞争,早熟柳枝稷表现出更为高效的生物质形成机制。农田尺度晚熟柳枝稷尽管在雨热同步期的降水资源利用效率上存在明显比较优势,但是在降水资源利用分配策略和效应上,早熟柳枝稷表现出了综合的生态适宜性优势。保证雨热同步期降水资源利用和保蓄的平衡,是半干旱黄土丘陵沟壑区生物质生产应该遵循的基本原则之一。     

不同水分下准噶尔无叶豆分株种群特征和生物量分配差异

准噶尔无叶豆是豆科无叶豆属小半灌木,在中国仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠局部区域.该种自然种群种子萌发率极低(<3%),主要靠克隆繁殖维持种群.为研究克隆生长在异质性生境中的可塑性特征及其生态适应意义,对生境土壤含水量存在差异的两个准噶尔无叶豆自然种群(河边种群,沙漠种群)的分株种群特征、生物量及其分配比重进行了比较,研究发现:①在分株种群特征上,河边种群的分株显著高于沙漠种群,分株间距也显著大于沙漠种群.沙漠种群分株密度和根的密度显著大于河边种群,但每一分株拥有根的概率显著小于河边种群;②在生物量分配方面,河边种群具有比沙漠种群大的根生物量,但根茎生物量则要显著的小于沙漠种群;③在植株各部分生物量比重随植株大小的变化趋势上,河边种群各部分的比重随植株大小变化的趋势平缓,而沙漠种群各部分的比重变化趋势则较为急剧,表明河边准噶尔无叶豆分株种群随着植株的大小变化,资源分配比例并没有发生很明显的变化,而沙漠种群变化较大.结果表明,准噶尔无叶豆种群对所处生境水分条件存在可塑性响应,并通过分株种群特征变化和生物量分配差异应对水分条件的变化,形成自身的适应对策.