海南尖峰岭热带山地雨林60 ha大样地木本植物性别系统数量特征

热带山地雨林中植物不同性别系统的数量和空间分布特征如何? 是否受自然环境条件影响? 这些问题的回答有助于更深入理解群落物种多样性是如何形成的。本文以海南尖峰岭热带山地雨林60 ha大样地中胸径大于1 cm的木本植物为研究对象, 描述了样地内木本植物性别系统的数量特征, 分析了雌雄异株植物空间分布与地形因子的相关关系。结果表明: 大样地内289种木本种子植物中有两性花植物176种, 单性花植物113种; 在单性花植物中, 51种为雌雄同株, 62种为雌雄异株。单性花植物植株数占所有植株总数的36.2%; 雌雄异株植物植株数占所有植株总数的21.5%, 占单性花植物植株数的59.5%。在20 m × 20 m样方的空间尺度, 雌雄异株植物呈现聚集分布的物种共有31种。以20 m × 20 m样方为分析单元, 雌雄异株植物种类的性别比例与海拔、凹凸度和坡度呈弱正相关; 个体相对多度仅和海拔呈弱正相关, 与坡度和凹凸度无相关; 而3个性别系统多样性指数与海拔、凹凸度和坡度均无显著关联。可见雌雄异株植物在海南热带山地雨林中占据了较大的比例, 但大部分种类种群较小, 其数量分布特征与地形因素紧密相关, 雌雄异株植物的存在对群落物种多样性的形成有较大贡献。     

河南白云山落叶阔叶林群落性系统的数量特征及生态关联性

基于河南白云山5 hm2落叶阔叶林统计该地区气候过渡带森林群落植物性系统的数量特征,使用重要值、相对多度、群落多样性指数分析性系统的分布状况,并采用方差分解分析环境对植物性系统的解释率。结果显示:白云山5 hm2样地中两性花有54种(5806%),其中20种为雌雄同株(2151%),19种为雌雄异株(2043%);地形和空间因子对性系统的解释率最高;空间过程对植物群落性系统的解释比例较大。暖温带?亚热带生态过渡区雌雄同株植物占比例较大,结果更符合温带森林的繁殖特征;地形对白云山样地性系统的组成有一定影响;扩散限制是影响木本植物群落性系统的重要生态过程。     

湿地植物大花百合种群的性系统特征

开花植物性系统特征是植物在长期适应进化过程中逐渐形成的繁殖策略, 它在一定程度上影响了物种的种群结构及其在生境中的分布格局, 因此性系统特征一直是植物进化与生态学领域的研究热点。本研究于2012年和2020年在吉林省金川泥炭沼泽湿地, 通过样地调查取样的方法, 研究了湿地植物大花百合(Lilium concolor var. megalanthum)的性系统特征以及不同性别表型植株的比例、密度及空间分布格局, 并探究了大花百合植株个体大小和其性别表达的联系, 比较了不同性别表型的花粉实际可育性和来源不同的花粉授粉处理结实后的种子活力。结果显示, 个体水平上, 大花百合具有雄花植株、两性花植株和雄花两性花同株(即雄全同株) 3种性表型; 种群水平上, 具有雄花的个体充当父本, 通过花粉向下一代传递基因, 而具有两性花的个体主要充当母本, 通过胚珠实现基因的传递。2020年大花百合雄花植株占种群内开花植株的39.14%, 相比2012年雄花植株比例增加了22.80%; 大花百合种群分布密度为0.06株/m², 较2012年下降了0.09株/m²。从2012年到2020年, 总体表现为种群密度降低, 雄花植株相对比例增加的趋势。两性花植株和雄花植株在小尺度范围主要呈聚集分布, 随着尺度增大, 趋于随机分布。雄花植株显著小于两性花植株, 但鳞茎资源分配显著高于两性花植株。大花百合植株的性表达遵循大小依赖的性分配假说: 个体较小的植株表达为雄花植株, 而个体较大的植株则为两性花植株或雄全同株。在不同授粉处理下的结籽率和种子萌发结果表明, 大花百合自花授粉结籽率和坐果率显著低于异花授粉, 雄花植株和两性花植株花粉可育性以及对两性花植株授粉后所获得种子活力无显著差异。大花百合雄花植株的出现可能是对有限环境资源条件适应的结果, 反映了湿地条件下该植物在生长和繁殖资源之间的权衡策略, 在长期的湿地演变过程中, 这种性系统特征的出现具有一定的适应性意义。     

细枝柃性别表达特性及资源分配

已有的资料将柃木属(Eurya)描述为严格的雌雄异株植物, 性别变异现象极为少见。目前仅在柃木(E. japonica)和钝叶柃(E. obtusifolia)等少数种类中报道过两性花的存在。近几年笔者发现细枝柃(E. loquaiana)存在性别变异现象, 性别变异株上具有不同性别类型的花。该文从单花和植株水平分析了细枝柃的性别表达特性, 并对不同类型花的花部构件生物量分配进行比较分析。结果表明, 细枝柃具有6种类型的花, 从单花水平上看, 细枝柃性别有雌性、雄性及两性3种类型; 细枝柃性别在植株水平上体现较为复杂, 有雌株, 雄株, 雌花和两性花同株, 雄花和两性花同株, 雌雄异花同株及雌花、雄花、两性花同株6种类型; 在细枝柃花部构件生物量分配中, 雄花(包括雄株花和变异株雄花)花部构件生物量分配中雄蕊生物量的分配低于雌花(包括雌株花和变异株雌花)中雌蕊生物量的分配; 两性花中, 雄蕊生物量分配低于雌蕊, 这是其优化资源分配的手段, 进而获取最大适合度收益。     

新疆郁金香一居群个体性别7年的动态变化

在雌雄同株植物中, 花性别被认为是两性资源分配对环境条件的响应, 了解个体性别随时间的变化对探讨植物性系统的变异有重要意义。早春短命植物新疆郁金香(Tulipa sinkiangensis)多为两性花居群, 前期调查显示一些居群由雄花和两性花构成。为了探讨新疆郁金香雄花的发生与变化, 我们连续7年对一个居群的花性别及其变化动态进行了跟踪。结果显示: (1)该居群主要是由一朵花植株和两朵花植株构成, 分别占居群植株总数的74.5%和23.0%。两种性别的花随机分布在不同类型的单株上, 形成了以两性花植株为主, 含有雄株、雄花与两性花同株(andromonoecy)的居群结构。(2)雄花相对较小, 子房退化, 无胚珠发育, 在植株或居群中花期较晚出现。与相同大小的两性花相比, 雄花在单花花粉量、花粉败育率、花粉粒大小及形态、雄性功能等方面没有差异。(3) 7年间, 雄花在居群中的比例经历了2011-2014年间的显著下降(23.4-3.1%)和2015-2017年间相对稳定的零星分布(1.5-1.0%)两个阶段。居群中一朵花植株数量和两朵花植株数量在年份间呈波动性变化。(4)雄花的出现可能是植株受自身资源状况及环境条件等因素的影响在花性别选择上作出的可塑性反应。     

利用腊叶标本初探豹子花属植物的性表达及其与个体大小的关系

植物性系统进化过程中很少有植物通过雌性败育的方式实现性系统由联合走向分离,然而雄花在百合科植物中大量存在,引起了研究者的关注。本研究利用百合科豹子花属植物的腊叶标本,获取它们的花性别表型、花大小、株高以及分布海拔等信息探讨豹子花属植物的性表达样式,并对样本量较多的开瓣豹子花、云南豹子花、多斑豹子花和豹子花四个种的性表达及其与个体大小的关系进行分析。研究结果表明:1)六种豹子花属植物标本中都有雄花存在;根据雄性花和两性花的不同组合,形成雄性个体、两性花个体,和雄花两性花同株个体三种植株类型;2)个体大小(株高)和分布海拔之间不存在相关关系,和植株性别类型相关,即雄性个体一般显著小于具有雌性功能的两性花个体和雄花两性花同株个体;3)个体大小与花大小、每个个体开花总数和雌花数量成显著的正相关关系,而与每个个体的雄花数量无显著的相关关系。本研究更正了一直以来对豹子花属植物性系统的错误认识,首次报道雄花在豹子花属植物中普遍存在,并指出雄花和雄性个体的出现是大小依赖性分配的结果。同时,以研究实例证明了利用腊叶标本开展植物性系统多样性的可行性。     

利用腊叶标本初探豹子花属植物的性表达及其与个体大小的关系?

植物性系统进化过程中很少有植物通过雌性败育的方式实现性系统由联合走向分离,然而雄花在百合科植物中大量存在,引起了研究者的关注。本研究利用百合科豹子花属植物的腊叶标本,获取它们的花性别表型、花大小、株高以及分布海拔等信息探讨豹子花属植物的性表达样式,并对样本量较多的开瓣豹子花、云南豹子花、多斑豹子花和豹子花四个种的性表达及其与个体大小的关系进行分析。研究结果表明：1)六种豹子花属植物标本中都有雄花存在;根据雄性花和两性花的不同组合,形成雄性个体、两性花个体,和雄花两性花同株个体三种植株类型;2)个体大小(株高)和分布海拔之间不存在相关关系,和植株性别类型相关,即雄性个体一般显著小于具有雌性功能的两性花个体和雄花两性花同株个体;3)个体大小与花大小、每个个体开花总数和雌花数量成显著的正相关关系,而与每个个体的雄花数量无显著的相关关系。本研究更正了一直以来对豹子花属植物性系统的错误认识,首次报道雄花在豹子花属植物中普遍存在,并指出雄花和雄性个体的出现是大小依赖性分配的结果。同时,以研究实例证明了利用腊叶标本开展植物性系统多样性的可行性。     

高等植物性别分化研究

根据植物所含花的性别类型的多少,可分为单态开花系统和多态开花系统。单态开花系统主要指单一的两性花类型的开花系统。多态开花系统主要包括雌雄异株和雌雄同株植物的开花系统。高等植物的性别分化,一般是指雌雄异株和雌雄同株植物中雌花和雄花的分化。本文主要介绍这一问题的研究概况。     

刺山柑雄全同株性系统的适应意义

对分布于新疆北部干旱荒漠区的刺山柑Capparisspinosa性系统进行了研究.结果表明:(1)该物种具有典型的雄全同株性系统.雄花和两性花的雄蕊均正常发育,且有长短之分;两性花的雌蕊发育正常,而雄花的雌蕊败育,只行使雄性功能.(2)居群间每天开放的雄花和两性花比率、两性花的长短雄蕊数及雄花短雄蕊的花丝与花药长等存在极显著差异(P<0.01),但花器官生物量没有显著差异(P>0.05).(3)单花花期为15-16 h,每天18:00时左右开始开放,有强烈的气味和花蜜产生.植株每天产生的雄花和两性花数是随机的,可形成短时的雄花与两性花异株,但居群内雄花数比两性花数多.(4)三个居群两性花的P/O值分别为1.57×104、1.65×104和1.71×104.居群内雄花和两性花的花粉数及长、短雄蕊花药的花粉数均无显著差异(P>0.05),居群间雄花和两性花的花粉数、两性花的胚珠数及P/O值差异也不显著(P>0.05).(5)各居群雄花和两性花长短雄蕊的花粉活力动态变化曲线相似,花粉寿命为18-20 h,两性花雌蕊柱头的可授期为16-18h.(6)访花昆虫为膜翅目Hymenoptera和鳞翅目Lepidoptera昆虫,3个居群共有7种访花昆虫,其活动受天气影响很大.(7)两性花不存在无融合生殖现象,授自花花粉、同株异花花粉和异株异花花粉后均可结实,属于混合交配系统.刺山柑的雄全同株性系统可能是在长期与荒漠环境相适应的过程中由遗传和环境共同作用的结果.雄花的出现不仅增加了花粉数和P/O值,提高了植株的雄性适合度,同时增加了花的数量、对传粉昆虫的吸引力以及两性花柱头接受异花花粉的机会,提高了异交率和雌性适合度,保障其在荒漠极端环境中繁殖成功.     

雄全同株植物簇花芹花期性别分配与开花式样

簇花芹(Soranthus meyeri)是古尔班通古特沙漠中常见的、具雄全同株性系统的伞形科多年生早春短命植物。该文对簇花芹花期性比(两性花数/总花数)与植株大小的关系及其开花式样进行了研究, 重点对花期大小依赖的性别资源分配进行了讨论。结果表明: 2006-2008年簇花芹群体水平的性比分别为0.69 ± 0.03、0.62 ± 0.03和0.69 ± 0.02, 彼此间无显著差异( p > 0.05), 表明其性比是相对稳定的, 可能受遗传因素的控制。雄花生物量与花粉量均比两性花的小, 说明产生雄花比产生两性花所需资源少。一级复伞形花序比二级复伞形花序具有较多的两性花, 说明前者易从植株上获得资源用于增加雌性适合度; 而后者产生较多的雄花以避免在雌性功能上资源投入的浪费, 增大花展示以吸引更多传粉者来增加花粉输出总量, 提高其整体适合度。植株水平的性比与地上营养器官的生物量间呈正相关关系, 说明较大个体对雌性功能的投资较大, 雌性繁殖成功受资源限制。复伞形花序内各伞形花序几乎同时向心开放, 且所有两性花及花序均为雄性先熟, 雌雄阶段完全分离, 但一级复伞形花序比二级复伞形花序早开放约5天, 彼此开花重叠期约为1天。这些特征对于一级复伞形花序进行异株异花授粉以及植株内不同级别花序间的同株异花传粉、避免雌雄功能间的干扰具有重要意义。     

Reproductive biology in a tropical shrubland of Venezuelan Guayana

Plant sexual systems were evaluated in a tropical shrubland community of Venezuelan Guayana. Of 89 plant species, 73.0% were hermaphrodite, 12.4% monoecious, 10.1 % submonoecious, and 4.5 % dioecious. Temporal variation of sexual expression showed that hermaphrodite species were mostly adichogamous and monoecious, submonoecious species dichogamous (protandrous andprotogynous). Herkogamy was an important mechanism promoting cross-pollination. Of 38 hermaphrodite species, 39.5 % were herkogamous. Plant sexual systems were not associated with life form. Most species were pollinated mostly by large and medium-size bees. Pollinator specificity and pollen load transportation, were higher for monoecious species than for hermaphrodite, submonoecious and dioecious ones. Both pollinator specificity and pollen transportation were not significantly different among representatives of the latter three sexual systems. Plant sexual systems were significantly associated with dispersal syndromes; dioecious species had bird-dispersal syndromes, the other sexual systems mostly anemochory, epizoochory and endozoochory; but many hermaphrodites were anemochorous.     

被子植物性系统及其可塑性

繁殖是生物适合度的最终表现,有性繁殖相关性状的多态性极大地促进了物种分化和生物多样性的维持,并影响着植物对环境变化的响应。在种群水平上,被子植物的花有雌花、雄花和两性花三种性表型,三种性表型在种群中的分布和频率即定义了种群的性系统。被子植物的性系统包含植物影响性分配和交配的相关特性,决定着雌配子、雄配子在种群中的频率、交配机会及交配方式,是有性繁殖的关键性状,在被子植物中表现出丰富的多态性,在种群水平上分为性单态和性多态两大类。性单态为被子植物的古老性状,而性多态在100多个被子植物科中独立进化产生。被子植物性系统多态性及其变化机理一直是进化生物学与生态学的热点问题之一。该文以种群水平的性多态为对象,总结了被子植物性系统的类型、表达的遗传基础、分布频率,以及遗传因子、非生物环境和交配环境对性系统表达和性分配的影响。     

Mating system and demographic constraints on the opportunity for sexual selection

In monogamous systems the fitness difference between males due to competition for mates is limited to one female. This constraint presumably impedes the action of sexual selection relative to polygynous systems. In this paper, we use formal selection theory to show how population size and the adult sex ratio constrain the force of sexual selection and phenotypic evolution under monogamy and polygyny. The force of sexual selection is ultimately constrained by the number of males in a population and the theoretical limit to the rate of male phenotypic evolution is realized if a single male mates with one or many females. These results imply that the force of sexual selection is not strictly constrained by monogamy. The constraint on female phenotypic evolution is typically higher than the constraint on males under polygyny and similar to selection on males in monogamous systems. The sexual asymmetry in the force of selection under polygyny--not necessarily weak sexual selection on males of monogamous systems--may explain the prominence of sexual dimorphism in polygynous systems.     

The Hermaphrodite's Dilemma

Given sexual conflict, mating encounters between simultaneous hermaphrodites will conform to a new, conditional, non-zero sum game of strategy, the Hermaphrodite's Dilemma; special cases of which include Prisoner's Dilemma and Game of Chicken. The model predicts that hermaphrodite mating systems will be based on reciprocation with cheating in a preferred sexual role. This model suggests that study of hermaphrodite mating systems will provide direct evidence for the existence of sexual conflict and suggests that sexual conflict may act to stabilize hermaphroditism through such mating systems.     

Sexual conflict and the evolutionary ecology of mating patterns: water striders as a model system

Two core ideas in the study of mating systems and sexual selection are (1) the existence of a conflict between the sexes over mating decisions, and (2) that variation in ecological conditions drives the evolution of adaptive mating strategies and the diversification of mating systems. A recent burst of experimental studies of mating behavior and sexual selection in water striders has focused on the interaction of these ideas and led to new insights into the evolutionary ecology of mating systems and sexual selection.     

Plant sexual systems correlated with morphological traits: Reflecting reproductive strategies of alpine plants

Plant sexual systems can be affected by various environmental factors, and thus show a range of morphological differences. The associations between plant sexual systems and morphology are unique, for example, the subnival belt of the Hengduan Mountains has harsh climatic conditions, but hosts remarkable biodiversity. However, these associations have received surprisingly little attention. We analyzed the associations in this region, and compared the pattern of sexual systems with that of other floras, and we also reviewed the breeding system of 36 alpine species. Information on plant sexual systems and these traits were mainly based on published information, herbarium collections, and field observations. The results showed that there was a high proportion of hermaphroditic species and a low proportion of dioecious and monoecious species. Hermaphroditism was strongly associated with showy floral displays, specialist entomophily, and perennial forbs. Dioecy was strongly associated with inconspicuous, pale-colored flowers, anemophily, and shrubs, whereas monoecy was strongly associated with inconspicuous, pale-colored flowers, generalist entomophily, and perennial grasses. Although no association was found between sexual systems and fruit type, plants with dry fruits (98.1%) were predominant in our study region. With respect to the plant breeding systems in the alpine region of southwest China, we predicted that pollination service might be particularly low; most of the plants lacked enough outcrossing pollinators. Our data revealed that 97.1% of the hermaphroditic species were self-compatible, and 88.2% of them showed autonomous or facilitated selfing. The plant sexual systems identified might serve to optimize the probability of pollination and thus ensure reproductive success.     

Patterns of plant sexual systems in subtropical evergreen broad-leaved forests in Ailao Mountains,SW China

Aims Sexual systems influence many components of the ecology and evolution of plant populations and have rarely been documented in subtropical evergreen broad-leaved forests (SEBLF). Here we report frequency distribution and ecological correlates of plant sexual systems in SEBLF at Ailao Mountains, and compare our results with that of tropical and cool temperate forests.Methods We examine the sexual systems of 703 species of woody angiosperms belonging to 103 families and 296 genera based on a comprehensive survey of SEBLF at Ailao Mountains Natural Reserve. Information of plant sexual systems and ecological traits were mainly based on published literatures and specimens as well as our field observations. The associations between plant sexual system and ecological traits were assessed with chi-square tests.Important findings Among these species, 60.2% were hermaphroditic, 15.8% were monoecious and 24.0% were dioecious. The percentage of dioecious sexual system among tree species (22.2%) in SEBLF was comparable to those of tropical tree floras, but much higher than those of temperate forests at North America. The percentage of monoecious sexual system among tree species (30.1%) in SEBLF was higher than that of tropical tree floras, but much lower than those of temperate forests at North America. Monoecy was significantly associated with the tree growth form and was relatively common in temperate genera. Dioecy was significantly associated with fleshy fruits and monoecy was significantly associated with dry fruit type in SEBLF. The high percentage of diclinous sexual systems (monoecy and dioecy) in SEBLF may be associated with the origin of the flora and the prevalence of relatively small inconspicuous flowers of the forests in the Oriental Region.     

被子植物性系统的多样性、生态功能及分布规律

性系统是被子植物繁育系统的核心, 决定着植物种群的遗传特征、进化方向与速度, 在种群动态、群落结构及生态系统的构建与维持中具有重要意义。本文回顾了被子植物性系统的发展历程及研究方向, 总结了近30年基于性系统研究的前沿科学问题, 包括性系统的多样性和进化、与其他功能性状的生态关联、沿环境梯度的分布格局及变化规律、与群落物种共存机制和群落动态的关系及其对干扰的响应。尽管有关植物性系统的研究已经延伸到生态学领域的诸多方面, 有力地推动了各方面的发展, 但仍有很多值得关注和需要着重研究的方向和问题。本文对未来基于植物性系统的研究方向等提出了展望, 并指出, 在当前全球气候变化背景下, 性系统可作为重要的功能性状应用于指导生物多样性保护和生态系统管理政策的制定。     

棉蚜性蚜的研究

调查了棉蚜性蚜的种群动态,对性母、性雄、性雌内外生殖系统进行了研究、观察、解剖与描述,并对性雌产卵习性、产卵量以及交配习性进行了研究。讨论了性蚜产生的生态条件及性雄、性雌性别决定先后次序和来源问题。