极端干旱生境下胡杨克隆水分整合特征及其生态意义

克隆水分整合是克隆植物有效利用异质性生境资源的重要对策,也是在恶劣生境下得以定植、存活的重要生存策略。本研究以塔里木河下游的胡杨（Populus euphratica Oliv.）为对象,结合野外调查、稳定同位素技术、生理生态监测实验,调查胡杨的克隆水分整合特征并分析其生态意义。结果显示,胡杨母株与其克隆幼株间存在显著水分生理整合,水分整合以顶向传输为主,水分整合过程与整合水量受到母株生理节律及母株到幼株间隔子长度的影响;克隆幼株因水分整合而能够获取与母株相似的深层土壤水分,比同一区域实生幼株拥有更好的水分获取能力,并使胡杨克隆幼株比实生幼株保持相对更高的水力导度、叶片水分含量及叶水势;在极端干旱生境下的这种水分获取及利用策略使胡杨克隆幼株比实生幼株具有更高的光化学效率与光合性能,有助于克隆幼株在不利生境下定植、存活并保持更高的生存优势。     

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。     

水分胁迫条件下草莓克隆分株间水分调控及其对光合功能的影响

以盆栽草莓(Fragaria×ananassa)为材料研究了水分胁迫下克隆植物草莓母株和子株间的水分调控机制及其与碳同化、光系统Ⅱ激发能分配的关系.实验材料分为匍匐茎连接和剪断两个大组,进行两步实验.第1步实验,对连接组和剪断组的所有母株控水,子株充分供水;4d后进入第2步实验,把连接组分为两小组,对其中一组充分供水子株开始控水,另一组保持不变.结果表明,土壤干旱引起母株叶片失水,并使其净光合速率和气孔导度显著降低.但是连接组中供水良好的子株能有效缓解缺水母株的水分胁迫.当供水良好的子株也开始受到干旱处理的时候,则会加剧与之相连母株的水分胁迫.受胁迫母株可以通过加强渗透调节能力和降低水势从相连子株获取水分.虽然土壤干旱会造成受胁迫母株叶片脱落酸(abscisic acid, ABA)含量的大幅度增加,但是与之相连子株的叶片ABA含量并没有增加;并且气孔导度与ABA变化趋势一致.(1)草莓母株和子株间的水分运输是由二者的水势差驱动的;(2)ABA不会通过匍匐茎在母株和子株间传递并影响相邻子株气孔导度;(3)在水分异质性较大情况下,生理整合可明显提高克隆系统的碳同化能力和光系统Ⅱ激发能利用效率.     

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.     

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。     

养分异质条件下结缕草克隆分株生长、碳水化合物及可溶性蛋白的生理整合

通过对连接和断开的结缕草分株进行不同的养分处理,研究了养分异质条件下结缕草克隆分株生长、碳水化合物及可溶性蛋白含量的变化.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显著提高与其相连子株的地上、地下及总生物量,高养分下分别提高32.5%、22.1%和24.8%,降低根冠比、可溶性糖及非结构性碳水化合物(NSC)含量,高养分下分别降低7.7%、15.2%和13.1%,但是对淀粉、纤维素、可溶性蛋白含量无显著影响.处于中、高养分水平的子株对与其相连的母株生长、碳水化合物及可溶性蛋白含量没有显著影响.养分异质条件下结缕草母株对子株生物量、根冠比、可溶性糖及NSC含量有明显的生理整合,其整合强度与养分梯度呈正比,而对淀粉、纤维素及可溶性蛋白含量没有显现显著的生理整合效应.子株对母株各项指标都没有显著的生理整合,结缕草母株和子株间是一种单向的生理整合.     

火炬树雌雄母株克隆生长差异及其光合荧光日变化

火炬树(Rhus typhina Linn.)是兼有雌雄异株和克隆生长特性的外来木本植物。分别探讨火炬树雌雄母株克隆繁殖扩散能力的特点,分析其光合荧光反应的差异。采用CIRAS-2光合仪和FMS-2便携调制式荧光仪,并结合样圆调查法,比较火炬树雌雄母株的克隆分株数量和形态生长指标、光合生理参数的日变化特征,揭示火炬树雌雄异株的资源利用效率和对午间强光缓冲保护能力的雌雄差异。研究结果表明:1)火炬树雄性母株的克隆分株形态生长指标及数量均超过了雌性母株,且雄性母株形成克隆分株的年龄早于雌性母株1a;2)火炬树雄性母株的光能、水分和CO2利用效率和净光合速率均高于雌性母株,此结果为雄性母株克隆生长奠定了较为充足的营养基础;3)在晴天自然光的条件下,火炬树雄性母株未出现光抑制,而雌性母株出现了光抑制现象,非光化学猝灭系数(qN)日变化特征显示雌性母株的热耗散程度较高。因此,火炬树雄性母株的克隆生长力强于雌性母株。     

Effects of nitrogen addition on clonal integration between mother and daughter ramets of Moso bamboo: a 13C-CO2 pulse labeling study

用¹³C-CO₂脉冲标记法研究氮添加对毛竹母子分株克隆整合的影响 相连分株间的资源共享(即克隆整合)是克隆植物的显著特征。克隆整合使毛竹(Phyllostachys pubescens)对多种环境条件具有较强的适应性。但毛竹通过克隆整合获得性能提升的机制尚不明确。本 研究区分并分析了毛竹光合碳的顶向整合和基向整合,以探究毛竹克隆片段如何在土壤氮异质性条件下 提高整体收益。本研究以由两株不同年龄毛竹分株组成 的克隆片段为研究对象,分株间通过根状茎连接。 每个分株设置氮添加或无氮添加两种处理,并通过单株母株或子株的¹³C-CO₂脉冲标记对光合碳的顶向整合和基向整合进行区分。研究结果表明,子株氮添加显著促进了光合碳由母株向子株的顶向整合,无论母株是否有氮添加,均向氮添加子株转运更多的光合碳。转运自无氮添加母株的光合碳主要分配至氮添加子株的 叶片,而转运自氮添加母株的光合碳则主要分配至根系。与无氮添加处理的子株相比,氮 添 加子株转运更多的光合碳至母株,且该过程不受母株氮添加的影响。转运自氮添加子株的光合碳主要 分配至无氮添加母株的根系和氮添加母株的叶片。这些结果说明,母株优先将更多的资源投入到具有高 养分可利用性的子株,随后子株作为更高效的资源采集点,根据母株的养分状况针对富集资源进行获取。通过这种方式,克隆植物可以降低资源获取成本并提高资源获取效率,最大限度地提升其整体表现。     

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。     

克隆整合是否有助于空心莲子草抵抗菟丝子的短期寄生?

关于克隆植物通过克隆整合抵御逆境能力影响的研究已有很多,但克隆整合是否能抵御植物寄生的研究还比较缺乏。本文利用匍匐茎克隆植物空心莲子草和1年生寄生植物菟丝子作为研究系统,检验假说"克隆整合有助于克隆植物抵抗寄生植物的寄生胁迫"。在实验中,相连分株分别经历了以下处理:M+-D-(分株对中母株被寄生,子株不被寄生),M--D+(母株不被寄生,子株被寄生),M+-D+(母株、子株均被寄生),M--D-(母株、子株均不被寄生)。研究发现,菟丝子寄生显著影响了空心莲子草的叶绿素相对含量、最大光量子产量等生理指标,以及叶片数、匍匐茎长度、分株数等生长指标,但不同处理间的生物量没有显著差异。本实验的结果没有支持实验假说。这样的结果可能是由于本实验时间较短所引起的,表明克隆整合适应性的表达不是无条件的。进一步实验应该既能够检验短期效应也能够检验长期效应。     

沙漠腹地天然绿洲不同林龄胡杨水分利用来源

了解干旱荒漠绿洲区主要植被的水分利用来源,能为该区域植被保护和水资源的合理分配提供科学依据.本研究以达里雅布依天然绿洲胡杨幼龄木(胸径DBH≤10 cm)、成熟木(10 cm＜DBH≤40 cm)和过熟木(DBH＞40 cm)为对象,测定不同林龄胡杨木质部水和潜在水源(地表水、0～3m土层土壤水、地下水)的氧同位素,运...     

基于稳定同位素技术的塔里木河下游不同林龄胡杨的水分利用来源

水分是制约很多陆地生态系统植物生长和繁殖的重要因素, 在干旱地区尤为明显。利用稳定同位素技术探究塔里木河下游不同林龄胡杨(Populus euphratica)的水分来源情况, 了解生态输水背景下荒漠河岸林的水分利用循环与利用策略, 可为生态输水提供科学依据, 同时也可对同类地区的生态恢复提供借鉴。本研究通过测定塔里木河下游胡杨茎干水和各潜在水源(土壤水、地下水)的稳定氢氧同位素值(δD、δ¹⁸O), 应用多源线性混合模型(IsoSource)分析了各潜在水源对不同林龄胡杨的贡献比例, 并结合3种林龄胡杨不同土壤深度含水量的变化, 分析了胡杨的主要吸水层位。结果表明: (1)不同林龄胡杨样地的不同深度区间上的土壤水δ¹⁸O值存在显著差异(P < 0.05): 胡杨幼龄木、成熟木、过熟木木质部δ¹⁸O分别为-7.83 ± 0.07‰、-8.53 ± 0.11‰、-9.36 ± 0.21‰; 而δD值不存在显著差异(P > 0.05)。可据此来推断胡杨的主要吸水层位。(2)总体上, 三种林龄胡杨土壤水δ¹⁸O值随土壤深度增加而减小, 并趋于接近地下水的δ¹⁸O值。其中, 0-60 cm土壤水受蒸发影响比较大, 其同位素组成经历了强烈的蒸发分馏过程, 土壤含水量极少, 土壤水δ¹⁸O值偏正。(3)不同林龄胡杨所利用的水分来源不同: 胡杨幼龄木对于地表80 cm以下的土壤水以及地下水均有一定程度的利用, 对80-140 cm、140-220 cm和220-340 cm的土壤水平均利用比率依次为16.2%、21.4%和24.6%, 对地下水平均利用比率为24.5%; 成熟木主要利用220-340 cm的土壤水及地下水, 平均利用比率分别为36.9%和42.3%; 过熟木主要利用140-340 cm的土壤水及地下水, 平均利用比率分别为32.8%和49.3%。     

Clonal integration enhances flood tolerance of Spartina alterniflora daughter ramets

Recently, considerable attention has been paid to the invasion of the clonal plant Spartina alterniflora into coastal wetlands at lower elevations. In this experiment, we tested whether clonal integration improved flood tolerance in S. alterniflora daughter ramets. Daughter ramets at two growth stages (young and old ramets) were flooded to water levels of 0, 9 and 18 cm above the soil surface, and the rhizomes between mother and daughter ramets were either severed or left intact. Biomasses of connected ramets grown in controls or in shallow and deep water treatments were 119%, 108% and 149% higher in the old ramet group than those of severed ramets, respectively, whereas they were 3.0, 3.3 and 11.2 times higher in the young ramet group, respectively. At the end of the experimental period, the shoot height, connected with young ramets, in shallow and deep water treatments increased by 19% and 26%, respectively, over that in the control treatments, whereas the old ramets increased by 11% and 39%, respectively. In contrast, the shoot height of the severed young ramets was 27% and 26% lower in shallow and deep water treatments than in the control treatment, respectively. However, the shoot height of the severed old ramets remained constant with increasing water depth. We conclude that clonal integration enhances the flood tolerance of S. alterniflora daughter ramets, and the trait of clonal integration plays more important roles in severe flooding stress conditions and at early growth stages.     

美丽箬竹水分生理整合的分株比例效应——基于叶片抗氧化系统与光合色素

生理整合是克隆植物实现资源共享, 增强对异质生境适应能力的重要手段。其中, 水分生理整合是克隆植物最为重要的生理整合, 解析竹子水分生理整合特征对于竹林水分科学管理具有重要意义。该研究以分株地下茎相连的美丽箬竹(Indocalamus decorus)盆栽苗为试验材料, 设置2个盆栽基质相对含水率(高水势(90% ± 5%)和低水势(30% ± 5%))和5个分株比例(1:3、1:2、1:1、2:1、3:1, 高水势分株与低水势分株数量比值, 地下茎相连的分株总数12株)处理。处理后15、30、45、60天分别取不同处理的克隆分株成熟叶测定抗氧化酶活性、相对电导率和丙二醛含量、可溶性蛋白质含量、光合色素含量, 分析基于分株比例的美丽箬竹水分生理整合方向、强度和效率的变化规律。结果表明: 在异质水分条件下, 美丽箬竹分株间存在着从高水势供体分株向低水势受体分株进行水分转移的生理整合作用, 并随着分株比例的增大, 整合强度增强, 受体分株获益提高, 供体分株耗损增大。随着处理时间的延长, 处理前期分株间水分生理整合强度增强, 处理后期整合强度减弱, 反映出供体分株与受体分株间耗-益在时间序列上是有变化的, 处理前期耗-益更为明显。研究表明克隆系统分株比例对竹子水分生理整合有重要影响, 分株间水分梯度差是水分传导的潜在驱动力, 决定水分生理整合方向、强度和效率的是分株间水分供需关系。     

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。     

塔里木河下游胡杨空心特征

本文选取塔里木河下游阿拉干断面胡杨林长期监测样地,分析胡杨林空心率、树洞特征及其在不同胸径和树高组间的分布特点。结果表明: 研究区胡杨种群具有较高的空心现象,空心胡杨占调查胡杨总数量的56%,约159株·hm^-2;胡杨空心率在不同胸径和树高组间呈显著差异,其与胸径呈显著正相关,与树高呈显著负相关。该监测样地胡杨树洞密度约560个·hm^-2,平均每株2个;所调查的胡杨树洞大部分出现在树干上(57.1%),均以树干中部洞口为主(31.3%);直径为5~15 cm的树洞(38.2%)所占比例最大。总树洞数量、单株树洞数量、树洞直径等特征与胸径呈显著正相关,与树高呈显著负相关,而各树洞类型在不同胸径和树高组间的分布不同,变化趋势不一致。胡杨树洞在各方位上的分布差异显著,树洞集中分布在正西方向上。胡杨荒漠河岸林的空心发生率较为严重,且胸径越大其空穴化程度越明显。加强保育幼龄胡杨和修复退化荒漠河岸林具有重要意义。     

中国西北地区天然胡杨群体遗传多样性及核心保护单元的构建

胡杨(Populus euphratica)是极端干旱荒漠区的珍稀乔木树种。为了确定天然胡杨群体遗传多样性保护单元并挖掘优异的种质资源, 本研究以中国西北地区新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古的58个天然胡杨群体为研究对象, 利用120个位点的SNPs标记对这些胡杨群体进行群体遗传结构和遗传多样性分析, 并根据不同群体间Nei’s遗传相似度, 采用逐步聚类优先取样法对初始群体、遗传多样性保护单元和剩余群体进行t检验。群体结构和主成分分析表明, 胡杨群体可分为新疆南疆(SX)、新疆北疆(NX)、青海(QH)和混合群(甘肃、宁夏和内蒙古混合群, GNM) 4个分支, 遗传多样性分析表明新疆南疆(SX)遗传多样性高于其他群体。分子方差分析(AMOVA)表明天然胡杨群体的遗传变异主要分布在各个群体内。构建了天然胡杨群体一级核心保护单元3个群体(CU3), 二级核心保护单元33个群体(CU33)。南疆存在较多优异抗逆的天然胡杨古树资源, 南疆分布区的平均遗传多样性水平最高。综上所述, 南疆地区胡杨古树遗传多样性整体高于北疆及疆外地区, 结合新疆地区干旱严重指数等生境信息, 建议加大对南疆胡杨古树群体的保护力度, 重视北疆胡杨林的更新换代。     

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.