资源异质性环境中三种匍匐茎草本植物克隆内资源共享和分株功能特化(英文)

研究了 3种来自中国北方林下、草地和碱化草甸匍匐茎型克隆草本植物绢毛匍匐委陵菜 (PotentillareptansL .var.sericophyllaFranch .)、鹅绒委陵菜 (P .anserinaL .)和金戴戴 (Halerpestesruthenica (Jacq .)Qvcz .)对由高光照低养分斑块和低光照高养分斑块组成的资源交互斑块性生境的适应性对策。当生长于高光照低养分条件下分株(HL分株 )与生长于低光照高养分条件下分株 (LH分株 )之间的匍匐茎连接时 ,3种克隆植物HL分株、LH分株以及整个分株对系统 (HL分株 LH分株 )的生物量均得到显著提高。同时 ,LH分株根冠比显著增加 ,而HL分株根冠比显著下降。这表明 ,当互连分株置于由低光照高养分斑块和高光照低养分斑块组成的异质性环境中时 ,3种植物克隆分株均发生了环境诱导的功能特化。克隆内资源共享以及克隆内不同分株的功能特化有利于整个分株系统对局部丰富资源的获取 ,从而能够缓解资源交互斑块性生境对克隆植物的不利影响     

资源异质性环境中三种葡匐茎草本植物克隆内资源共享和分株功能特化

研究了3种来自中国北方林下、草地和碱化草甸匍匐茎型克隆草本植物绢毛匍匐委陵菜（Potentilla reptans L.var.sericophylla Franch.)、鹅绒委陵菜（P.anserina L.)和金戴戴（Halerpestes ruthenica (Jacq.)Qvcz.)对由高光照低养分斑块和低光照高养分斑块组成的资源交互斑块性生境的适应性对策。当生长于高照低养分条件下分株（HL分株）与生长于低光照高养分条件下分株（LH分株）之间的匍匐茎连接时,3种克隆植物HL分株、LH分株以及整个分株对系统（HL分株＋LH分株）的生物量均得到显提高,同时,HL分株根冠比显增加,而HL分株根冠比显下降。这表明,当互连分株置于由低光照高养分斑块和高光照低养分斑块组成的异质性环境中时,3种植物克隆分株均发生了环境诱导的功能特化。克隆内资源共享以及克隆内不同分株的功能特化有利于整个分株系统对局部丰富资源的获取,从而能够缓解资源交互斑块性生境对克隆植物的不利影响。     

异质性生境中匍匐茎草本野草莓(Fragaria vesca)的克隆内资源共享

研究了不同海拔高度(1800和3900m)的匍匐茎克隆植物野草莓(Fragaria vesca)种群对光照和养分资源斑块性分布生境的响应。结果表明:与资源的空间同质性处理(Ⅰ)和(Ⅱ)相比,资源的空间异质性处理(Ⅲ)和(Ⅳ)中2个种群的野草莓的近端、远端分株部分和整个克隆片段的生物量和分株数均明显增加。当近端分株部分经历低光高养,而与其相连的远端分株部分经历高光低养时,相比于整个克隆片段都处于低光高养的同质性生境,来自2个海拔的种群的近端分株部分都会增加对根的生物量分配;当近端分株部分经历高光低养,而与其相连的远端分株部分经历低光高养时,相比于整个克隆片段都处于低光高养的同质性生境,来自2个海拔的种群的近端分株部分都会减少对根的生物量分配,远端分株部分也被观察到类似的生物量分配格局。相比于高光低养的同质性生境,当与低光高养的远端分株部分相连时,经历高光低养的近端分株部分有更大的叶面积;相比于低光高养的同质性生境,当与低光高养近端分株部分相连时,经历高光低养的远端分株部分有更大的叶面积。结果表明,野草莓在资源交互斑块性生境中发生了克隆内分工,克隆内分工有利于克隆植物对异质性资源的利用,对克隆植物在资源斑块性分布生境中的生存和生长具有重要的意义。     

资源交互斑块性生境中两种不同分枝型匍匐茎植物的克隆内分工

以青藏高原和四川盆地过渡带两种不同分枝型匍匐茎植物野草莓 (Fragaria vesca)和过路黄 (Lysimachia christinae)为对象 ,研究它们在高光照低养分斑块和低光照高养分斑块组成的资源交互斑块性生境中的克隆内分工。结果显示 ,与资源的空间同质性处理 (I)和 (II)相比 ,资源的空间异质性处理 (III)和 (IV)中野草莓和过落黄的近端、远端和整个克隆片段的生物量和分株数均获得显著增加。生长在低光高养条件下的远端分株 ,若与高光低养的近端分株相连 ,相比连接到低光高养的近端分株 ,它们分配更多的生物量到地下部分 ;生长在高光低养条件下的远端分株 ,若与低光高养的近端分株相连 ,相比连接到高光低养的近端分株 ,它们分配更多的生物量到地上部分 ;生长在高光低养条件下的近端分株 ,若与低光高养的远端分株相连 ,相比连接到高光低养的远端分株 ,它们分配更多的生物量到地上部分。实验结果表明 ,资源交互斑块性生境中野草莓和过路黄均发生了克隆内分工。通过克隆内分工 ,克隆植物能有效的利用异质性分布的资源 ,缓解资源交互斑块性分布对克隆植物生长的不利影响     

青藏高原东缘过路黄在资源交互斑块性生境中的克隆内资源共享

在青藏高原和四川盆地过渡带,分别于618m和1800m两个海拔高度上研究匍匐茎克隆植物过路黄(Lysimachia christinae)在资源交互斑块性生境中的克隆内资源共享及其对生长的影响.结果显示, 在海拔1800m处,与资源的空间同质性处理(Ⅰ) 和(Ⅱ)相比, 资源的空间异质性处理(Ⅲ)和(Ⅳ)下过路黄整个克隆片段的生物量和分株数均获得显著增加;在海拔618m处,与资源的空间同质性处理(Ⅰ) 和(Ⅱ)相比,资源的空间异质性处理(Ⅲ)和(Ⅳ)下过路黄整个克隆片段生物量显著增加.在海拔618m和1800m处,生长在低光高养条件下的远端分株, 若与高光低养的近端分株相连, 相比连接到低光高养的近端分株, 它们分配更多的生物量到地下部分;在海拔1800m处,生长在高光低养条件下的远端分株, 若与低光高养的近端分株相连, 相比连接到高光低养的近端分株, 它们分配更多的生物量到地上部分.在海拔618m和1800m处,生长在高光低养条件下的近端分株, 若与低光高养的远端分株相连, 相比连接到高光低养的远端分株, 它们分配更多的生物量到地上部分.处于资源交互斑块性生境中的过路黄发生了克隆内分工,依靠相连分株间的功能分化, 克隆植物能有效的利用异质性分布的资源, 缓解资源交互斑块性分布对克隆植物生长的不利影响.通过间隔子(匍匐茎或根状茎),相连分株间能够相互传递和共享由不同分株获得的资源,这种资源共享能够提高克隆植物在异质性生境中的存活与生长.同时,方差分析显示环境异质性和海拔的交互作用显著影响克隆片段的生物量和分株数.相比于海拔618m,在海拔1800m处克隆内资源共享对克隆植物生长表现的影响更大.     

匍匐茎草本绢毛匍匐委陵菜对局部遮荫的克隆可塑性

采自林窗和林内生境的绢毛匍匐委陵菜 (PotentillareptansL .var.sericophyllaFranch)“分株对”(即由一匍匐茎节间相连着的两个分株 ,其一为“目标分株” ,另一为“相连分株”)在一户外实验中经历了全不遮荫、全部遮荫和局部遮荫处理。该植物的基株生物量、匍匐茎总长度、分株数、匍匐茎比节间重、叶柄长、比叶柄重在遮荫条件下较小。匍匐茎节间长度没有对遮荫处理发生反应。在局部遮荫处理 ,遮荫斑块的分株的叶柄长度由于连着未遮荫斑块中分株而变得更长。这种克隆整合对克隆形态可塑性的修饰作用只在林窗生境来源的实验植物中观察到。其他克隆生长和克隆形态特征的可塑性在不同生境来源的实验植物间没有差异。     

林下和林窗内绢毛匍匐委陵菜的克隆生长和克隆形态

 为了验证绢毛匍匐委陵菜(Potentilla reptans var. sericophylla)林窗和林下种群间的行为差异是完全由表型可塑性引起,还是局部分化的结果,将生长在北京东灵山油松（Pinus tabulaeformis）林林窗和林下的绢毛匍匐委陵菜,进行生境间的交互移植-重植野外生态实验。研究结果表明,实验植物的叶片长度、叶片宽度、叶柄长度和匍匐茎节间长度等克隆形态特征在两生境间无差异。两个来源的植株,其基株生物量、基株分株数和基株匍匐茎总长度等克隆生长特征在林下生境中都比在林窗生境中小,表现出显著的可塑性。所研究的克隆形态特征和克隆生长特征及其可塑性在不同生境来源的实验植物间没有差异。绢毛匍匐委陵菜克隆形态特征和克隆生长特征及其可塑性在林下和林窗生境间没有发生局部分化,林窗为其较适生境,克隆生长特征的可塑性对绢毛匍匐委陵菜利用生境异质性可能具有重要意义     

绢毛匍匐委陵菜与土壤有效磷的小尺度空间相关分析

许多学者认为植物空间分布是由在小尺度上起作用的某些土壤因子控制,但对克隆植物种群与土壤变量进行空间格局比较的研究相对较少。该研究主要探讨小尺度上克隆植物与土壤有效磷之间的空间相关性,特别是它们的相似性。土壤和植物样品取自北京东灵山的绢毛匍匐委陵菜(Potentilla reptans var. sericophylla)种群,样方大小为336 cm×96 cm;采用半方差函数和交互相关图来分析空间分布特征。结果表明,土壤有效磷含量空间分布的斑块性结构明显,空间自相关尺度为37.8 cm。绢毛匍匐委陵菜的各项测定指标与土壤有效磷的空间格局多数在75~110 cm尺度上显著负相关,在110~165 cm尺度上相关性不显著;分株数、叶数和匍匐茎生物量在小于50 cm尺度上以及根生物量在小于30 cm尺度上与土壤有效磷含量的空间格局显著正相关。资源共享和选择性放置克隆分株是绢毛匍匐委陵菜利用小尺度异质性土壤资源的重要生态对策。     

Carbon dioxide diffusion across stomata and mesophyll and photo-biochemical processes as affected by growth CO2 and phosphorus nutrition in cotton

Nutrients such as phosphorus may exert a major control over plant response to rising atmospheric carbon dioxide concentration (CO₂), which is projected to double by the end of the 21st century. Elevated CO₂ may overcome the diffusional limitations to photosynthesis posed by stomata and mesophyll and alter the photo-biochemical limitations resulting from phosphorus deficiency. To evaluate these ideas, cotton (Gossypium hirsutum) was grown in controlled environment growth chambers with three levels of phosphate (Pi) supply (0.2, 0.05 and 0.01 mM) and two levels of CO₂ concentration (ambient 400 and elevated 800 μmol mol⁻¹) under optimum temperature and irrigation. Phosphate deficiency drastically inhibited photosynthetic characteristics and decreased cotton growth for both CO₂ treatments. Under Pi stress, an apparent limitation to the photosynthetic potential was evident by CO₂ diffusion through stomata and mesophyll, impairment of photosystem functioning and inhibition of biochemical process including the carboxylation efficiency of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxyganase and the rate of ribulose-1,5-bisphosphate regeneration. The diffusional limitation posed by mesophyll was up to 58% greater than the limitation due to stomatal conductance (g_s) under Pi stress. As expected, elevated CO₂ reduced these diffusional limitations to photosynthesis across Pi levels; however, it failed to reduce the photo-biochemical limitations to photosynthesis in phosphorus deficient plants. Acclimation/down regulation of photosynthetic capacity was evident under elevated CO₂ across Pi treatments. Despite a decrease in phosphorus, nitrogen and chlorophyll concentrations in leaf tissue and reduced stomatal conductance at elevated CO₂, the rate of photosynthesis per unit leaf area when measured at the growth CO₂ concentration tended to be higher for all except the lowest Pi treatment. Nevertheless, plant biomass increased at elevated CO₂ across Pi nutrition with taller plants, increased leaf number and larger leaf area.