施肥对高寒草甸植物群落组分种繁殖分配的影响

该文以青藏高原东部高寒草甸植物群落的24种主要组分种为材料,研究了施肥对多年生草本植物繁殖分配的影响。结果表明:1)对多数群落组分种来说,施肥显著影响生物量和生物量分配;2)随着肥力的增加,大多数物种的植株个体明显增大、繁殖输出减小或不变,进而导致它们的繁殖分配明显减小;3)施肥影响的个体大小和生物量分配变化程度与方向因物种而异,对一些物种的影响不明显,对个别物种的影响方向不同于对多数物种的影响;4)施肥后群落水平的繁殖分配明显减小。     

放牧对内蒙古锡林河流域草地群落植物茎叶生物量资源分配的影响

以内蒙古锡林河流域沿水分梯度分布的灰脉苔草(Carex appendiculata)、贝加尔针茅(Stipa baicalensis)、羊草(Leymus chinensis)、大针茅(Stipa grandis)、小叶锦鸡儿(Caragana microphylla)和冷蒿(Artemisia frigida) 6个草地群落为对象, 研究了围封禁牧与放牧样地中144个共有植物种的高度、丛幅面积、茎、叶和株(丛)生物量、茎叶比等性状。结果表明: 1)在个体水平上, 放牧样地中植物的生殖枝高度、营养枝高度、丛幅面积、单株(丛)生物量、茎、叶生物量和茎叶比均显著低于围封禁牧样地, 植物在放牧干扰下表现出明显的小型化现象; 2)在群落水平上, 放牧亦显著降低了群落总生物量和茎、叶生物量; 3)过度放牧显著改变了物种的资源分配策略, 使生物量向叶的分配比例增加, 向茎的分配比例减少。资源优先向同化器官分配可能是植物对长期放牧干扰的一种重要适应对策; 4)轻度放牧对物种的资源分配没有显著影响, 单株(丛)生物量和群落茎、叶及总生物量均表现出增加趋势, 这与过度放牧的影响正好相反。过度放牧引起的植物个体小型化改变了生态系统中物种的资源分配策略, 进而对生态系统功能产生重要的影响。     

放牧退化群落中冷蒿种群生物量资源分配的变化

对放牧退化群落中冷蒿种群生物量及生物量资源分配的变化进行了研究.结果表明,在放牧干扰下,随着放牧退化程度的增加,冷蒿种群叶、茎、根的生物量及总生物量增加.其中根的重量增加幅度较大,但生殖构件(花序、果实)的生物量在轻度退化群落中增加,中度退化群落中迅速减少,重度退化群落中未发现生殖构件.随着放牧退化程度增加,冷蒿种群生物量的资源分配发生变化,对根的分配增加,对茎、叶的分配减少,根冠比增加;对无性繁殖的分配增加,对有性生殖的分配减少.在重度退化群落,冷蒿有性生殖严重受阻,繁殖格局发生变化.从资源分配的动态来看,随着放牧退化程度的增加,生长初期至盛期,冷蒿种群资源优先分配给地上部分,尤其是光合器官叶;而生长盛期至末期,资源优先分配给有性生殖或贮藏器官.繁殖格局的转变是冷蒿种群耐牧,在重度退化下成为建群种的关键.资源分配格局的时空变化,使生长、维持和繁殖等方面的分配达到和谐,是冷蒿种群在重度退化下成为建群种的物质基础.     

沙质草地不同生活史植物的生物量分配对氮素和水分添加的响应

以氮素和水分(冬季增雪和夏季增雨)为控制因子, 开展相关田间控制实验, 分析不同功能群(以生活史为划分依据)尺度和群落尺度植物生物量分配格局对氮素和水分的响应, 得出以下结论: 1)一年生植物的繁殖生物量比重明显高于多年生植物, 而多年生植物种的叶/地上生物量比值显著高于一年生植物; 2)一年生植物对氮素和水分添加的响应剧烈, 氮添加耦合夏季增雨、氮添加耦合冬季增雪显著增加了一年生植物的繁殖生物量比重和叶生物量比重。多年生植物对氮素和水分添加的响应不敏感, 表现为多年生植物的各器官生物量分配格局对氮素添加和水分添加的响应不明显。3)氮素添加和水分处理改变了群落尺度生物量分配格局: 氮素添加耦合冬季增雪处理降低了群落植物的繁殖生物量比重和茎生物量比重, 提高了群落植物的叶生物量比重。4)冬季增雪和夏季增雨与氮素添加的交互作用对群落生物量分配格局的改变不同。夏季增雨耦合氮素添加处理下群落的茎生物量比重显著提高, 群落茎生物量分配的改变引起群落的垂直结构发生改变。冬季增雪氮素处理下群落的叶生物量比重增加, 但茎生物量比重增加不明显。冬季增雪也改变了群落的结构和功能。     

甘肃南部7种高寒杜鹃生物量分配的异速生长关系

生物量分配模式影响着植物个体生长和繁殖到整个群落的质量和能量流动等所有层次的功能, 揭示高寒灌丛的生物量分配模式不仅可以掌握植物的生活史策略, 而且对理解灌丛碳汇不确定性具有重要意义。该研究以甘肃南部高山-亚高山区的常绿灌丛——杜鹃(Rhododendron spp.)灌丛的7个典型种为对象, 采用全株收获法研究了不同物种个体水平上各器官生物量的分配比例和异速生长关系。结果表明: 7种高寒杜鹃根、茎、叶生物量的分配平均比例为35.57%、45.61%和18.83%, 各器官生物量分配比例的物种差异显著; 7种高寒杜鹃的叶与茎、叶与根、茎与根以及地上生物量与地下生物量之间既有异速生长关系, 也有等速生长关系, 异速生长指数不完全支持生态代谢理论和小个体等速生长理论的参考值; 各器官异速生长关系的物种差异显著。结合最优分配理论和异速生长理论能更好地解释陇南山地7种高寒杜鹃生物量的变异及适应机制。     

干热河谷草本植物生物量分配及其对环境因子的响应

以干热河谷6种草本植物为对象,研究了水分、养分、刈割对生物量在根、茎、叶的分配及异速生长关系的影响.结果表明:刈割处理叶生物量质量分数从25.1%显著增加到31.2%,茎生物量质量分数从43.7%显著降低到34.2%;养分添加处理根生物量质量分数从34.0%显著降低到30.8%;水分处理对生物量分配没有显著影响.物种对根、茎、叶生物量分配有显著影响,适应贫瘠土壤的物种将更多生物量分配给叶和根,对茎生物量的分配相对较低.物种与环境因子存在显著的互作效应,表明环境因子对不同物种的生物量分配影响不同.适应贫瘠土壤的物种叶-茎标度指数和异速生长常数大于其他物种,而茎-根标度指数和异速生长常数小于其他物种.养分显著增加了叶-茎和叶-根的异速生长常数,刈割显著降低了茎-根的标度指数,水分处理则没有显著效应.环境因素对器官间异速生长关系的影响存在种间差异.生物量分配的种间差异及其对环境因素的响应特征可能对植物适应环境变化产生重要影响.     

密度对尖头叶藜生物量分配格局及异速生长的影响

植物器官指示植物不同的功能,而植物器官生物量分配比例的变化表征了植物对资源获取能力的调整。在植物生长发育过程中,植物各器官呈一种明显的异速生长规律。利用异速生长分析方法,通过模拟不同密度(16、44.4、100、400株/m~2)下尖头叶藜(Chenopodium acuminatum)的生长特性,研究密度对尖头叶藜器官生物量分配格局及异速生长的影响。结果表明,随密度增加,尖头叶藜地上和地下器官都存在不同程度的竞争:其中,根和主茎生物量分配增加,茎和地上生物量分配减少,而叶和繁殖生物量分配不随密度变化而变化。研究发现,尖头叶藜各器官间具有显著的异速生长关系:其中叶∶主茎、根∶地上部分、根∶茎、根∶主茎、繁殖器官∶地上部分及繁殖器官∶根生物量间的异速生长不随密度变化而变化,属于表观可塑性;而叶∶地上部分、叶∶根、叶∶茎、茎∶地上部分、主茎∶地上部分、繁殖器官∶茎、繁殖器官∶主茎生物量间具有极显著的异速生长关系,异速指数和个体大小显著受密度变化影响,属于真正可塑性,这表明密度能够影响尖头叶藜各器官的生长变化。尖头叶藜叶∶主茎、叶∶根及主茎∶地上部分生物量间的异速指数在D4-密度时与3/4差异不显著(P0.05),符合生态代谢理论,而在D1—D3密度时与3/4差异显著(P0.05),表明充分竞争的植株更符合代谢理论,而竞争不激烈的植株对资源的投入具有物种特异性。     

不同程度石漠化对金山荚蒾末端小枝的生长和生物量积累及分配的影响

以金山荚蒾(Viburnum chinshanense Graebn.)末端小枝为研究对象,通过野外调查,研究不同程度(轻度、中度、重度)石漠化生境对金山荚蒾小枝的生长形态、生物量积累及分配的影响。结果表明,在石漠化地区,金山荚蒾的小枝生物量积累受到抑制,且随石漠化程度的加剧而增大,其中,小枝花的生物量相比茎、叶下降幅度最小。与无石漠化地区相比,金山荚蒾小枝的形态指标(叶片数、叶面积、比叶面积、茎长、茎径)均显著降低,且石漠化对植物小枝茎长的抑制作用大于茎径,而叶面积受到的抑制程度最大。金山荚蒾在轻度、中度石漠化地区尽可能通过提高叶生物量比、降低茎生物量比来适应石漠化生境;但金山荚蒾在3种不同程度石漠化生境中均以提高花生物量比来增加生殖投入,从而保证其繁殖能力和种群延续;其通过减小茎、叶等营养器官投资的策略来适应严苛生境,最大程度维持生态系统的格局和稳定。     

檵木生物量分配特征

生物量是生态系统最基本的数量特征,其在各器官间的分配反映了植物适应环境的生长策略,是物种进化、生物多样性保护和生态系统碳循环研究的核心问题。檵木(Loropetalum chinense)灌丛是中国亚热带灌丛生态系统最具优势的一种灌丛类型。该研究以该灌丛建群种檵木为研究对象,采用整株收获法在个体水平上研究了器官间的异速生长、生物量在各器官间的分配以及与个体大小、灌丛更新起源和生境因子之间的关系。研究发现:檵木地上-地下相对生长关系符合等速生长规律,但随径级增大其等速生长关系可能发生变化;较小径级檵木叶-茎、叶-根为等速生长,随径级增大转换为异速生长。不同灌丛起源间,檵木叶-茎、叶-根相对生长存在显著差异。器官间相对生长的尺度系数与生境因子无显著相关关系,灌木层盖度和坡度通过影响檵木生长初期器官间的相对生长影响其生物量在器官间的分配。檵木平均叶质比为0.11,茎质比为0.55,根质比为0.34,根冠比为0.65。随径级的增大,茎质比(0.50–0.64)逐渐增大,叶质比(0.12–0.08)、根质比(0.38–0.28)和根冠比(0.91–0.43)逐渐减小。在次生灌丛中,檵木叶质比为0.12,根质比为0.33;在原生灌丛中,檵木叶质比为0.07,根质比为0.36。生物量向地上部分的分配与灌木层盖度正相关,叶质比与坡度负相关,根质比与年平均气温正相关。研究结果表明:随个体增大,檵木器官间的相对生长关系由等速生长转换为异速生长,生物量向地上部分的分配增加,地上生物量更多地分配到茎干中;干扰通过影响器官间的相对生长影响生物量在各器官间的分配,干扰导致生物量向叶的分配增加,向根的分配减少;光照减少促进生物量向地上部分的分配,坡度增加导致生物量向叶的分配减少,年平均气温升高促进生物量向根系的分配,年降水量的变化对生物量分配无显著影响。檵木生物量分配策略在一定程度上支持了最优分配假说。     

青藏高原三种优势植物生物量分配的变化规律

该研究利用4个由高到低不同海拔的同质园实验,以青藏高原高寒草地优势植物垂穗披碱草(Elymus nutans)、矮嵩草(Kobresia humilis)和珠芽蓼(Polygonum viviparum)为对象,分析了植物个体根、茎、叶生物量分配及根冠比的变化规律及影响因素。结果表明:(1)植物个体根、茎、叶质量比和根冠比具有显著的种间差异;与垂穗披碱草和珠芽蓼相比,矮嵩草具有显著较高的根质量比而叶、茎质量比较低,所以其根冠比较高。(2)在向低海拔移栽的过程中,珠芽蓼叶质量比保持不变,茎质量比显著降低而根质量比显著升高,根冠比表现出显著上升的趋势;垂穗披碱草则相反,即叶、茎质量比显著升高而根质量比显著降低,根冠比表现出显著下降的趋势;矮嵩草根、茎、叶质量比和根冠比则无显著变化。(3)随着海拔降低,年均气温明显升高而年均降雨量明显降低,且在植物个体种源地和土壤基质保持一致的条件下,向低海拔移栽过程中温度是导致珠芽蓼根、茎、叶生物量分配及根冠比变化的重要因素,而水分是垂穗披碱草根、茎、叶生物量分配及根冠比变化的重要驱动因素;矮嵩草根、茎、叶生物量分配及根冠比受其遗传因素影响较大。因此,在将来暖干化的背景下,青藏高原高寒草地植物生物量的分配将会发生改变,导致它们对资源(光照、水分和土壤养分)获取和利用的变化而改变它们的种间关系,从而影响群落的物种多样性与组成,最终可能导致生态系统功能的变化。     

Sex allocation in an hermaphroditic plant: the case of gynodioecy in Thymus vulgaris L.

Resource allocation to male and female functions was investigated in Thymus vulgaris L. (thyme), a gynodioecious species, in which females produce twice as many seeds as hermaphrodites. Negative correlations were found between male and female fertility of hermaphrodites, providing evidence of a trade-off. There was a high variability in sexual investment, some of the hermaphrodites functioning almost as males, and others almost as females. Estimation of the relative cost of male and female gametes showed that the female advantage in seed production was mainly due to reallocation of the resources not allocated to male function into female function. The determination of sex allocation was shown to have a genetic component, and there were some evidence that an interaction between nuclear and cytoplasmic genomes was involved.     

青藏高原及周边高山地区的植物繁殖生态学研究进展

青藏高原及周边高山地区孕育了极为丰富的植物多样性资源, 研究该地区植物如何顺利完成繁殖过程有助于我们理解植物对典型高山环境的进化和适应机制。该文综述了青藏高原地区高山植物在资源分配、繁殖方式、花部特征演化等方面的研究进展, 包括全球气候变化对植物繁殖特征的影响, 以及一些新技术和新方法在本研究领域的应用。在高山地区限制性环境中, 随海拔升高, 繁殖分配通常表现出增大的趋势, 其中投入到雄性资源的比例上升, 但具体的资源分配模式还要取决于植株的交配系统、个体大小、生活史特征、遗传特性以及环境中的资源有效性等。面对资源和传粉的双重限制, 植物在不同繁殖方式之间存在权衡, 当传粉者稀少时, 克隆繁殖和自交有利于繁殖保障; 而有性繁殖和异交能够提高种子的质量和后代的遗传多样性, 从而在复杂多变的气候条件下有利于种群的维持。因此, 不同繁殖方式的结合以及泛化的传粉互作网络可能是应对高山限制性环境的最优选择。花部特征的演化主要受到当地传粉者的选择压力, 但是外来传粉者、植食者、盗蜜者以及非生物环境(如温度、雨水和紫外辐射等)对花部性状的影响越来越受到重视。近年来, 青藏高原因其脆弱性和对气候变化的高度敏感性而在全球气候变化研究中备受关注, 以全球变暖和氮沉降增加为显著特征的全球气候变化正在直接或间接地影响着该地区高山植物的繁殖特征。气候变化影响植物和传粉者的物候并引起物种的迁移, 最终将导致植物与传粉者的时空不匹配。植物通过改变花部特征(花展示、花冠结构、花报酬的数量和质量)来响应气候变化, 这可能会改变其传粉者的类型、数量和访花行为, 从而最终影响植物的繁殖成功。3D打印和高通量测序等新技术和新方法的应用有助于促进植物繁殖生态学研究的进一步发展。3D打印的花能够精确控制其形态构造, 可以用于研究精细的花部特征变化对于传粉者行为的影响, 在此基础上与人工饲养的传粉者结合使用, 有助于进一步研究传粉者介导的花部特征演化。随着高通量测序技术的发展, 植物繁殖生态学领域, 尤其是花部特征演化的许多重要问题的潜在机制得以深入研究。该文最后提出了目前研究中需要注意的问题以及值得深入研究的发展方向。     

植物繁殖生态学的若干重要问题

发现模式,并根据过程解释模式,是科学研究的主要目标.在植物繁殖生态学领域内,人们已经总结了一些重要的模式,包括普遍的雌雄同体、分离的花果期、较低的结实率、大量的同时开花、胁迫生境更易出现的异交、生活史性状与交配系统的相互作用、花序内的花分化,以及花内的雄蕊分化(异型雄蕊)等.对这些模式如何从机理上予以解释,还需要植物繁殖生态学家的艰苦努力.本文着重强调了植物许多重要繁殖特征都可以通过植株、花序以及花各层次上的资源分配而得到很好的解释,尤其是可以在很大程度上协调其他不同侧重点研究得到的矛盾结论.在今后逐渐强调多因素、多尺度对花部特征与传粉系统的适应与进化的研究中,从直接决定花部特征与交配系统的资源分配出发,将是促进人们准确理解与预测花部特征适应与进化的一个重要研究方向.     

Kin recognition in an annual plant

Kin recognition is important in animal social systems. However, though plants often compete with kin, there has been as yet no direct evidence that plants recognize kin in competitive interactions. Here we show in the annual plant Cakile edentula, allocation to roots increased when groups of strangers shared a common pot, but not when groups of siblings shared a pot. Our results demonstrate that plants can discriminate kin in competitive interactions and indicate that the root interactions may provide the cue for kin recognition. Because greater root allocation is argued to increase below-ground competitive ability, the results are consistent with kin selection.     

Resolving the differences in plant burial responses

Burial is one of the major factors influencing plant ecology in deserts and coastal areas. Consequently, many studies have measured the responses of dune plants to sand burial. However, there remains little agreement about the mechanisms and characteristics constituting the burial response of plants. In particular, stimulation of growth has been reported as the most common plant burial response; however, stimulation has not been reported consistently among studies. Here, a literature survey showed that the depth of burial relative to the height of the plant determined whether the growth of a species was stimulated by burial. Growth stimulation was limited to shallow burial depths, while burial depths greater than the height of the plant consistently resulted in reduced growth. As studies used widely differing burial depths or units of growth measurement, the variation in reported stimulation of plant growth can be partly attributed to differences in experimental procedure. The stimulation of growth in many species was accompanied by an increase in photosynthesis over a limited period and by a shift in biomass allocation from root to shoot. Most plants demonstrated stimulated growth (up to 200%) in response to shallow burial indicating that some burial response mechanisms are general to many species. However, a few specialist dune species displayed a much greater ability to respond to burial (up to 700% stimulation of plant mass). Although allocation shifts and increased photosynthesis have been shown to be associated with dune plant burial response, there remains a need for field measurements that focus on the diversity of mechanisms underlying plant response to burial.     

Sexual allocation in single-flowered hermaphroditic individuals in relation to plant and flower size

Gender expression in hermaphroditic plant species usually departs from strict equisexuality. Study of those departures can aid understanding of non hermaphroditic breeding systems and prevalence of hermaphroditism within angiosperms. Plant size is one of the most studied factors in relation to gender modification. We studied variation in gender expression in the hermaphroditic, mostly single-flowered Paeonia cambessedesii. We separately studied gender modification with increasing plant and flower size using a variety of currencies: number of ovules and stamens, dry mass, N and P. Flower size and number of floral structures (petals, stamens, carpels, and ovules) increased with plant size. Number of ovules increased more rapidly with increasing plant size than number of stamens, indicating a bias towards femaleness with increasing plant size. A similar pattern was found when regressing number of stamens and number of seeds against plant size. Number of floral structures increased with increasing flower mass, but no significant difference was found between stamens and ovules in their rate of increase. Thus, gender modification at plant level was not consistent with patterns at flower level. No differential allocation to stamens vs gynoecium, or sexual structures vs petals was found when using dry mass, N or P as currencies. However, a disproportionate increase in female allocation was found when number of structures was utilised as currency. Study of size-dependent gender expression will benefit from contrast of results obtained using several analysis levels and allocation currencies.