光照强度和基质养分对匍匐茎草本金戴戴克隆生长和克隆形态的影响

在深度遮光 (光照强度为高光条件的 6 .2 5% ,约为自然光照的 5.3% )或低养分条件下 ,金戴戴 (HalerpestesruthenicaOvcz.)生物量、初级分株叶面积、分株总数、匍匐茎总数和总长度均显著减小 ,而比节间长和比叶柄长显著增加。在低养分条件下 ,金戴戴匍匐茎平均节间长显著增加 ,而匍匐茎分枝强度和分株数显著减小。这些结果与克隆植物觅食模型相符合 ,表明当生长于异质性生境中 ,金戴戴可能通过以克隆生长和克隆形态的可塑性实现的觅养行为来增加对养分资源的摄取。在深度遮光条件下 ,金戴戴平均间隔子长度 (即平均节间长和平均叶柄长 )均显著减小。这一结果与以往实验中匍匐茎草本间隔子对中度和轻度遮光 (光照强度为高光条件的 1 3%～ 75% ,>1 0 %的自然光照 )的反应不同。这表明 ,在深度遮光条件下匍匐茎克隆植物可能不发生通过间隔子可塑性实现的觅光行为。光照强度和基质养分条件的交互作用对许多性状如总生物量、匍匐茎总数和总长度、二级和三级分株数、分株总数、初级分株叶面积以及分枝强度均有十分显著的效应。在高光条件下 ,基质养分对这些性状有十分显著的影响 ;而在低光条件下 ,基质养分条件对这些性状不产生影响或影响较小。这表明 ,光照强度影响金戴戴对基质养分的可塑性反应。在深度遮光     

光照强度和基质养分对匍匐茎草本金戴戴克隆生长和克隆形态的影响

在深度遮光(光照强度为高光条件的6.25%,约为自然光照的5.3%)或低养分条件下,金戴戴(Halerpestes ruthenica Ovcz.)生物量、初级分株叶面积、分株总数、匍匐茎总数和总长度均显著减小,而比节间长和比叶柄长显著增加.在低养分条件下,金戴戴匍匐茎平均节间长显著增加,而匍匐茎分枝强度和分株数显著减小.这些结果与克隆植物觅食模型相符合,表明当生长于异质性生境中,金戴戴可能通过以克隆生长和克隆形态的可塑性实现的觅养行为来增加对养分资源的摄取.在深度遮光条件下,金戴戴平均间隔子长度(即平均节间长和平均叶柄长)均显著减小.这一结果与以往实验中匍匐茎草本间隔子对中度和轻度遮光(光照强度为高光条件的13%～75%,>10%的自然光照)的反应不同.这表明,在深度遮光条件下匍匐茎克隆植物可能不发生通过间隔子可塑性实现的觅光行为.光照强度和基质养分条件的交互作用对许多性状如总生物量、匍匐茎总数和总长度、二级和三级分株数、分株总数、初级分株叶面积以及分枝强度均有十分显著的效应.在高光条件下,基质养分对这些性状有十分显著的影响;而在低光条件下,基质养分条件对这些性状不产生影响或影响较小.这表明,光照强度影响金戴戴对基质养分的可塑性反应.在深度遮光或低养分条件下,金戴戴可能通过减小匍匐茎节间粗度(增加比节间长)来增加或维持其相对长度,从而更有机会逃离资源丰度低的斑块.     

根状茎型植物扁秆荆三棱对土壤养分异质性尺度和对比度的生长响应

土壤养分的空间异质性在自然界普遍存在, 而克隆植物被认为能很好地适应和利用土壤养分异质性。尽管尺度和对比度是异质性的两个重要属性, 但有关土壤养分异质性的尺度和对比度及其交互作用对克隆植物生长和分株分布格局影响的研究仍比较缺乏。在一个温室实验中, 根状茎型草本克隆植物扁秆荆三棱(Bolboschoenus planiculmis) (异名扁秆藨草(Scirpus planiculumis))被种植在由高养分斑块和低养分斑块组成的异质性环境中。实验为两种尺度处理(大斑块和小斑块)和两种对比度处理(高对比度和低对比度)交叉组成的4种处理组合。在每个处理中, 高养分和低养分斑块的总面积相同; 在所有4种处理中, 土壤养分的总量也完全相同。无论在整个克隆(植株)水平, 还是在斑块水平, 尺度、对比度及其交互作用对扁秆荆三棱的生物量、分株数、根状茎长和块茎数的影响均不显著。然而, 在斑块水平, 扁秆荆三棱在高养分斑块中的生物量、分株数、根状茎长和块茎数均显著高于低养分斑块, 而在高养分斑块中相邻分株间的距离(间隔物长)小于低养分斑块, 并且这种效应均不依赖于斑块尺度的大小和对比度的高低。因此, 在土壤养分异质性环境中, 扁秆荆三棱可以通过缩短间隔物长, 并可能通过提高根状茎的分枝强度, 把较多的分株和潜在分株放置在养分条件好的斑块中。这种响应格局体现出克隆植物的觅食行为, 有利于整个克隆对异质性资源的吸收和利用。然而, 该实验中的尺度和对比度对扁秆荆三棱分株的放置格局均没有显著效应。作者推测, 在一个更大的斑块尺度和(或)对比度范围内, 扁秆荆三棱对土壤养分异质性的响应可能不同。因此, 下一步的研究应涉及更广泛的尺度和对比度。     

光强对比度对大米草克隆整合作用的影响

通过温室控制试验,分析不同光强及光强对比度处理下克隆植物大米草生长性状的差异,研究同质异质光强条件下克隆整合对大米草响应遮阴能力的修饰作用.结果表明： 在同质条件下,大米草在无遮阴(高光强：温室内自然光照强度)条件下的生物量显著大于中度遮阴(中光强：光照强度为高光强的70%)和深度遮阴(低光强：光照强度为高光强的30%).在低对比度异质性光强条件下(分株对的一个分株不遮阴,另一个分株中度遮阴),大米草遮阴分株的叶片数、根长和生物量均显著高于同质中度遮阴处理,而无遮阴分株各生长指标与同质无遮阴处理相比均无显著差异.因此,在低对比度异质性光强下,大米草受体(遮阴)分株通过克隆整合显著受益;同时,对供体(非遮阴)分株没有显著的耗损.然而,在高对比度处理下(分株对的一个分株不遮阴,另一个分株深度遮阴),克隆整合对受体(遮阴)分株的效应不显著.大米草的克隆整合并不随着光强对比度的增加而增加.在自然生境中度遮阴情况下,克隆整合可以提高大米草的生长和克隆繁殖能力,但在深度遮阴情况下,克隆整合对大米草适应性的作用可能很小.     

空心莲子草性可塑性影响下的克隆整合

植物的生活史由其有性生殖构件和营养体构件相互作用共同完成,克隆整合作为克隆植物的重要特征,其与有性生殖特征的相互作用关系却所知很少。该研究通过同质园种植实验,分析了空心莲子草的分株表型、生理、性别等与克隆整合的关系。结果表明:(1)克隆整合以及分株间是否连接对空心莲子草的表型特征、气体交换等生理性状和性别特征均有显著影响。(2)克隆整合显著缩小了雌雄同花和雄蕊心皮化两种性别植株间表型特征的差距,后代的性别特征与营养体表型特征显著相关。(3)在贫瘠的沙土基质中克隆整合明显增加了空心莲子草的营养体生长特征和气体交换等光合生理指标,但这种增加在富含有机质的塘泥基质中不明显。(4)居于不同土壤基质分株间的联系会减少分株表型特征和气体交换对生长环境的响应,并保持母体性别特征不受环境的影响,但单独居于沙土或塘泥单一土壤基质的分株性别特征却因受到环境影响而改变。因此,克隆整合有利于空心莲子草性别特征的稳定。     

不同养分条件下和不同生境类型中根茎草本黄帚橐吾的克隆生长

 对多年生植物黄帚橐吾(Ligularia virgaurea)在不同氮肥梯度和不同生境类型中的克隆生长行为进行研究。结果表明：1)资源水平与群落性质影响着间隔子(Spacer)长度的变化,氮肥处理使之明显变短;自然群落中的间隔子长度远远长于人工群落,说明黄帚橐吾间隔子具有很强的形态可塑性,能对资源水平和生境优劣作出反应。2)分枝强度(Branching intensity)具有随资源水平的增高而上升的趋势,表明无性系分株(Ramet)的形成和生长受环境资源状况和源株(Genet)生长状况的影响;3)黄帚橐吾的分枝角度为0˚或180˚,资源水平与环境差异对其影响不大,可塑性低;4)环境资源贫乏或植株比较拥挤时,黄帚橐吾个体根系资源分配比例加大,说明黄帚橐吾的资源分配(Resource allocation)模式更多地受环境资源条件和群落性质的影响。     

克隆整合和石油污染对芦苇湿地土壤理化性质的影响

克隆整合是克隆植物重要的性状之一。它不仅能够提高分株对环境胁迫的耐受能力,而且可能影响分株周围的土壤属性。为检验克隆整合对土壤属性的影响,在黄河三角洲芦苇湿地开展克隆整合和石油污染的两因子的野外实验。每年将0、5或10 mm厚的原油添加到直径为60 cm的圆形芦苇群落样方内来模拟无污染、轻度或重度石油污染,并通过保留或切断样方内外芦苇根状茎的连接来实现克隆整合的有或无。实验开始于2014年,并于2016年10月采集样方内土壤样品,测定土壤团聚体组成、pH值、电导率、总碳、总氮、总磷和有机碳含量。石油污染显著增加了土壤粗大团聚体(粒径:2 mm)、pH值、总氮和有机碳含量,降低了土壤微团聚体(粒径:0.053—0.25 mm)占比以及电导率。克隆整合显著降低了土壤pH值,提高了土壤电导率和氮磷比。克隆整合和石油污染的交互作用仅对电导率有显著效应。因此,石油污染和克隆整合都可以影响湿地土壤的理化性质,而克隆整合对分株周围土壤理化性质的影响可能进一步影响克隆植物的优势度。     

异质性水分环境中克隆整合对活血丹生物量分配及叶片结构特征的影响

喀斯特石漠化环境有着高度的生境异质性;异质性生境中土被不连续;土壤瘠薄;岩溶漏斗上的土壤保水性差;严重制约着喀斯特植被的生长及分布。为探究克隆植物在喀斯特地区的适应策略;本研究以喀斯特黄色石灰土为基质;选用克隆植物活血丹（Glechoma longituba）;以一个节间连接的两个分株为材料;保持节间连接或切断;种植于相邻花盆中;并施以不同浇水量;以明确不同水分可用性水平下克隆整合对活血丹生物量积累、生物量分配、叶片气孔及叶片组织特征的影响。结果显示;克隆整合显著促进活血丹生物量的积累及对根、叶的生物量分配;增加了活血丹叶气孔导度;降低了气孔指数;叶海绵组织受克隆整合影响较小;但栅栏组织及栅海比（栅栏组织/海绵组织）表现为非整合分株高于整合分株。本研究表明;克隆整合可增加活血丹胁迫分株对根、叶的投资;并以更佳的叶气孔、组织适应策略提高其在喀斯特生境中的生存与适应。     

匍匐茎草本活血丹(Glechoma longituba)在不同养分条件下的克隆形态

通过人工施肥的方法 ,对活血丹无性系实验种群在不同养分供应情况下的形态特征进行了研究。研究结果表明 :施肥可以显著改变克隆植株的形态 ,无性系分株产生能力增强 ,个体生长旺盛 ;匍匐茎总长增长 ,生物量增大 ,节间短 ,匍匐茎较粗壮 ;相对叶面积小 ,叶片厚 ,叶柄较粗短。在未施肥条件下 ,克隆植株形态表现则正好相反。养分供应的差异对叶片的形态以及根重和根量的影响较其对隔离者和叶柄的特征的影响更大。     

养分异质条件下结缕草克隆分株生长及光合作用的生理整合

通过对连接和断开的分株进行不同养分处理,研究养分异质条件下结缕草克隆分株生长及光合作用的变化.结果表明:在养分异质条件下,处于中、高养分水平的母株可以提高与其相连子株的叶长、叶宽、根质量、叶质量、光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率,高养分条件下分别提高16.0%、8.3%、24.4%、58.1%、30.3%、54.0%、9.2%和21.9%,降低根冠比和胞间CO2浓度,在高养分下分别降低21.6%和31.5%;处于中、高养分水平的子株对与其相连母株的生长及光合特性没有显著影响.在养分异质条件下,结缕草母株对子株存在生理整合,养分梯度越大,整合强度越强.结缕草克隆子株可以从母株获益,但母株不能从子株获益,子株是生理整合单向获益者.     

Two types of division of labour in clonal plants: benefits, costs and constraints

Clonal plants spread vegetatively within their habitats by forming rooted ramets on stolons or rhizomes. Each of these ramets is capable of an independent existence after establishment. Nevertheless, ramets remain physically connected by stolon or rhizome internodes for variable periods of time, thereby allowing for resource movement and signal transduction within clones.Interconnected ramets of clonal plants, though potentially independent and totipotent, can specialize functionally in the performance of limited numbers of tasks such as the uptake of resources from above- vs below-ground sources, carbohydrate storage, vegetative spread and sexual reproduction. Such specialization and cooperation is comparable to a division of labour in economic systems or in colonies of social animals. The ecological significance of division of labour in clonal plants may be found in the increased efficiency of entire clones in exploiting their environments.Two different types of division of labour in clonal plants will be discussed in this review. The first type is an environmentally-induced specialization of ramets in the uptake of locally abundant resources (plastic division of labour), which can be found in several stoloniferous species. Evidence exists that this response increases resource uptake in spatially heterogeneous environments. The second type of division of labour, which occurs mainly in rhizomatous species, relates to a developmentally-programmed specialization and cooperation between interconnected ramets. This response pattern is thought to enhance plant performance by restricting the number of tasks for individual ramets and thereby significantly increasing the efficiency of task performance. In some plants, such an inherent division of labour is likely to contribute to nutrient extraction from poor and unpredictably variable sources.In this article not only benefits but also potential costs and constraints on division of labour in clonal plants are shown. The aim is to provide a review of existing knowledge and to develop concepts and hypotheses for future research.     

Thoughts on clonal integration: Facing the evolutionary context

Summary In this essay, I have pointed out that the appropriate evolutionary context for plant clonality dictates a focus on the impact of the derived trait of potential independence of subunits on the evolutionarily primitive trait of obligate interdependence of plant subunits, i.e. the advantages of independence. This fact prescribes a major shift in approach from previous lines of investigation which have assumed that clonal plants should fall apart and sought to determine the advantages of interdependence. The delineated reorientation calls for a significant change in the investigation of the ecology of clonality in higher plants, emphasizing factors that select for physical and physiological disintegration of the genet and de-emphasizing the need to derive ecological explanations for properties a plant will possess entirely by reason of its phylogenetic and developmental heritage. I suggest that (1) patterns of ramet independence may result from selective pressures on the cost of interconnections (2) programmed ramet independendence may be a response to the selective pressure of a high possibility of traumatic breakage and (3) programmed ramet independence may allow escape of the genet from mortality due to pathogen infestation.