Challenges in research on rhizomatous clonal plants北大核心CSCD

根茎克隆植物是克隆植物的一个类型,地下系统的特殊性赋予其独特的繁殖和生长方式,也赋予其对环境的特有适应能力。但是,受研究手段限制,人们对根茎克隆植物在表型可塑性、克隆整合、觅食行为和克隆分工等方面与其他类型克隆植物有何异同,这些行为对预防植物入侵、应对气候变化、进行退化生态系统恢复有何特殊意义尚不很清晰。鉴于此,通过梳理和总结前人工作,提出了根茎克隆植物研究面临的挑战。根茎克隆植物下一步研究重点应体现在下述方面:1)可塑性性状的选择与测定方法;2)环境因子对克隆整合的影响机制;3)综合植物特征和环境特征的觅食模型。     

克隆植物修复退化生态系统的机制

退化生态系统在结构和空间格局上往往呈现生境异质性,利用克隆植物在异质性生境中表现出的特有的适应对策进行退化生态系统的恢复研究具有重要的生态学意义。本文综述了克隆植物的觅食规律和形态可塑性反应、克隆整合的影响机制及有性和克隆繁殖的权衡关系问题。联系克隆植物生态学和恢复生态学的交叉领域,提出了未来需要重点发展的研究方向。     

克隆植物野牛草对异质营养的表型可塑性响应

本实验以匍匐茎型克隆植物野牛草为材料,通过测定其在同质营养和3个斑块尺度的异质营养条件下生长指标、形态指标和叶绿素荧光参数的变化,研究野牛草对异质营养的表型可塑性反应。野牛草在尺度为25 cm×25 cm异质营养条件下会产生更多的分株、丛和分枝,积累更多的生物量,具有较高的F_v/F_m和Φ_PSⅡ,生长状况要好于其他营养条件,但根系长度和间隔子长度并没有明显的变化。结果表明,生理整合调控了野牛草的表型可塑性,提高了母株的叶绿素荧光特性,增加了克隆分株对养分的吸收、利用能力,使野牛草在异质营养条件下的生长状况好于同质营养条件,特别是在尺度为25 cm×25 cm的异质营养条件下效果更为明显。     

结缕草克隆生长对生境资源梯度水平和次序的响应

以克隆植物结缕草(Zoysia japonica)为研究对象,探究了其克隆整合的生长收益对生境资源梯度水平和次序的响应。试验设置了高养分水平、低养分水平和高低水平贯通3个梯度,且在每个梯度内设置养分浓度呈增长和降低次序的两类生境。结果表明,结缕草总生物量在高养分水平梯度生境低养分水平梯度生境高低水平贯通梯度生境,且在同一梯度降低次序生境的总生物量均高于增长次序生境,表明提高生境中的养分水平能显著增加结缕草克隆整合的生长收益,当小生境养分供应与分株生长的需求相匹配时,结缕草克隆整合的生长收益更大。根冠比在低养分水平梯度生境高低水平贯通梯度生境(相当于中等养分水平)高养分水平梯度生境,表明结缕草克隆分株具有较强的独立性,分株倾向于在自身所处小生境内发生可塑性反应,而受相邻分株的影响不大。在不同养分水平梯度和次序生境中,结缕草植株A分株的生长明显优于B分株的。对匍匐茎的生物量投资比例在高低养分水平贯通梯度生境(相当于中等养分水平)中最大。结缕草克隆生长对于生境资源梯度水平和次序的响应反映了其形态可塑性的生态适应意义。     

盐胁迫下野牛草相连分株根尖钙离子流变化

克隆植物对异质生境具有不同的可塑性反应。本研究以克隆植物野牛草(Buchloe dactyloides)相连姊妹分株为材料,利用非损伤微测技术,通过测定正常条件和NaCl胁迫下,野牛草克隆片段姊妹株根尖Ca~(2+)净流速量的变化规律,研究克隆植物根尖Ca~(2+)流对NaCl胁迫的响应,及生理整合对相连克隆构件根尖Ca~(2+)流的调控作用。结果表明,NaCl胁迫促进了野牛草姊株和妹株根尖Ca~(2+)外流,且Ca~(2+)外流主要通过位于质膜上的电压依赖型钙泵完成。野牛草克隆分株间存在NaCl胁迫信号的整合,调控了NaCl胁迫下野牛草分株根尖Ca~(2+)流的变化。Ca~(2+)参与克隆分株对异质营养的感知和应答,调控了克隆分株间的营养生理整合。     

飞蝗表型可塑性研究进展

飞蝗在田间有群居型和散居型两种表型,两型间可以相互转变,这种转变是表型可塑性过程。表型可塑性是昆虫对环境变化的响应,通过表型改变来适应恶劣环境达到生存繁衍的目的。群居型和散居型蝗虫在体表颜色、外部形态、发育及生理特征、行为参数等方面都存在明显差异。总结蝗虫表型可塑性调控机制研究进展,并对未来趋势进行了展望,以期控制蝗虫的危害。     

碱胁迫对羊草克隆整合的影响

采用盆栽试验研究了碱对克隆植物羊草(Leymus chinensis)生长的影响。将子株分别置于4个水平梯度的碱胁迫处理下,母株保持无任何碱胁迫处理,并对子株与母株之间的根茎进行连接和切断处理。结果发现,克隆整合明显增加了高碱处理子株的存活数、生物量、分蘖数、高度和叶水势,但低碱处理影响并不明显。克隆整合使地下组织器官根茎芽数量明显增加,根重有所下降,根茎长没有显著变化。受到碱胁迫的子株虽然明显受益克隆整合,但母株也有一定的损耗。克隆整合是克隆植物适应非均一碱胁迫的重要适应对策。     

羊草根茎克隆形态可塑性研究进展

羊草(Leymus chinensis)是典型根茎型禾草,可通过根茎克隆形态可塑性来适应不同逆境。本文分析总结了盐碱胁迫、土壤、水分等环境因子和群落环境、草地利用方式等生态学因子对羊草根茎克隆形态可塑性的影响,并就该领域未来研究进行了展望。分析表明,羊草通过增加间隔子长度,以迅速逃离盐碱胁迫斑块;贫瘠的土壤环境中,羊草节间距缩短,根茎节数增加,以增加须根来获取养分;疏松的土壤和充足的水分有利于羊草生长和克隆繁殖;群落环境对羊草根茎克隆繁殖产生复杂影响;长期过度放牧不利于羊草克隆繁殖,表现为根茎长度指标降低,芽和分株减少;刈割时间和频次也有影响。羊草等草地根茎型植物未来研究中,应简化研究指标;重点研究群落环境和扰动的影响;借助现代科学技术来揭示其通过根茎可塑性来适应逆境的机理。     

克隆植物生理整合作用研究进展

通过对克隆整合的定义、研究内容,整合效应以及研究方法进行综述。说明生理整合作用是克隆植物的生理特征之一,也是克隆植物生长发育和生态适应过程中的重要机制之一。克隆植物分株之间的资源转移在对克隆植物生长以及对生境适应上都有着重要的意义。     

放牧对贝加尔针茅草原群落植物多样性和生产力的影响

研究了不同放牧强度对贝加尔针茅草原群落植物多样性和生产力的影响。结果表明,在牧压梯度上,不同的植物表现出不同的生态适应对策,贝加尔针茅种群随着牧压的增加,种群株丛破碎化、小型化。羊草耐牧性较强,在中牧阶段生产力最高。群落初级生产力随着放牧强度的增加逐渐下降。较大的放牧压力下,群落中适口性差、耐牧的杂类草植物渐趋增加。而在更大的放牧压力下,群落逐步被耐牧的小丛生禾草、旱生小苔草、小灌木和灌木所替代。草地群落的稳定性随着放牧强度增加逐渐降低。放牧干扰对群落植物多样性和生产力及其稳定性的影响是不同步的,不对称的。植物群落初级生产力对放牧干扰的响应更迅速,变化更剧烈。     

气候变化对草原多年生克隆植物无性繁殖的影响

气候变化是多因子的综合体,常相伴发生,其对地球上各生态系统中的植物、动物、微生物等均有不同程度的影响。克隆植物,是一类兼具有性和无性两种繁殖方式的植物,由于其长期以来对环境的适应,很多克隆植物已放弃或较少地进行有性繁殖,导致其无性繁殖能力在某种程度上可以直接反映地上生产力,所以克隆植物无性繁殖如何响应气候变化成为当前重要的课题。因此,本文从气候变化的几个主要因子出发,综述其对多年生克隆植物无性繁殖的影响,结果发现,绝大部分文献指出CO2升高和氮沉降均促进子株的输出,而降水量的减少抑制或不影响子株的输出,此外,增温时间不同对子株的影响也有很大差异。到目前为止,虽然气候变化中各因子对克隆植物无性繁殖的研究已有大量报道,但关于它们之间交互作用的研究较少。而且可能由于地下取样困难等原因,针对CO2浓度升高、增温、氮沉降等气候变化对地下芽库影响的文献则更少。所以应加强各气候因子之间的交互作用对克隆植物影响的研究工作,因为它不仅可以进一步丰富克隆植物生态学与全球变化生态学的交叉研究内容,而且可以为未来草地管理提供一定的实践依据。     

放牧对高寒小嵩草草甸冷季草场主要植物种群生态位的影响

对高寒小嵩草草甸冷季草场主要21种植物种群在不同放牧率下优势度、生态位宽度及生态位重叠规律的研究结果表明:1)经过两年的放牧,对照、轻度和中度放牧组的主要优势种均为小嵩草和垂穗披碱草,重度放牧组的主要优势种变成了小嵩草和鹅绒委陵菜;2)尽管枯草期小嵩草和高原早熟禾的适口性较好而被优先采食,但由于它们特有的耐牧、耐践踏等生物学特点,生态位宽度依然很大(0.948,0.901);垂穗披碱草尽管由于适口性和耐践踏性相对较差,但由于其株高优势,生态位宽度依然较大(0.815);青海野青茅和紫羊茅在枯草期由于适口性较好而耐践踏性相对较差,对放牧及由放牧引起的环境变化反应最为敏感,其生态位宽度很窄(0.302,0.416),说明放牧抑制了高大禾草层片的发育,为植株矮小的莎草科牧草和阔叶植物的生长创造了条件;3)鹅绒委陵菜和雪白委陵菜、高山紫菀和柔软紫菀之间生态位重叠的降低,是种间对资源利用上分化的结果,且生态位宽度较大的物种与其它种群间也有较大的生态位重叠,分布于放牧演替系列两个极端的种群间生态位重叠较小,说明物种的分布是既间断又连续的.     

科尔沁沙地草甸草场退化的原因与植物多样性变化

对科尔沁沙地典型草甸植被主要群落的优势种群在22年间的消长和物种多样性的变化进行了研究,分析了造成草场退化的主要原因。结果表明,科尔沁沙地草甸植被已出现了严重退化现象,物种多样性和均匀度下降,生态优势度上升。牧草产量和质量显著下降,优良牧草数量减少,适口性较差和有毒有害植物增加。造成草甸草场退化的主要原因有气候的暖干化、生境干旱化、土壤盐渍化和过度放牧,其中过度放牧是造成草甸植被退化的直接原因。分析了过度放牧对群落组成、生物量、物种多样性以及对建群种根茎中营养物质含量的影响等。     

青藏高原东缘中国沙棘的克隆多样性及克隆结构

应用随机扩增多态性DNA标记(RAPD markers)对青藏高原东缘中国沙棘的克隆结构、克隆多样性进行了初步的探讨。结果表明,1) 14条RAPD引物在8个中国沙棘居群共184个样本中平均形成55.75种条带,平均有15.13种条带在居群内表现出多态性,平均多态条带百分率为27.64%;鉴别出26种基因型,平均每基株形成3.4个分株;2)与应用DNA分子标记研究的其他克隆繁殖能力较强的植物相比,中国沙棘的克隆多样性水平偏低,Simpson’s多样性指数(D)平均值为0.85;Fager’s均匀度指数(E)平均值为0.87;3)克隆结构分析表明,中国沙棘每克隆内分株间的平均距离为1.75 m,克隆繁殖的生长型主要为游击型,并且在居群内存在以某一优势基株为主的克隆分布方式;4) 居群的定居时间、生境及群落结构等对中国沙棘的克隆多样性有一定影响。     

松嫩平原野古草无性系种群的营养繁殖特征

野古草是典型的无怀系禾草,分蘖节存活时间最多为４ａ。割草场和放牧场野古草无性系种群的分蘖株为增长型的年龄结构;放牧能增加２、３龄分蘖株的形成与存活;野古草无性系种群１龄级分蘖株的生产力明显高于２龄级;割草场和放牧场的野古草无性系潜在种群均于增长的年龄结构。以硌潜在种群的数量估计,割草场将保护翌年群落的优势种地位和作用;放牧场具有向优势和演替的潜在趋势。     

内蒙古荒漠草原4种优势植物生物量分配对不同放牧强度的响应

放牧是荒漠草原主要利用方式之一,生物量是生态系统获取能量能力的主要体现。目前对荒漠草原优势植物生物量分配及权衡研究相对缺乏。本研究以内蒙古荒漠草原为研究对象,设置3个不同放牧梯度(轻度放牧,中度放牧,重度放牧),并以不放牧作为对照,通过对群落特征和4种优势植物短花针茅(Stipa breviflora)、无芒隐子草(Cleistogenes songorica)、冷蒿(Artemisia frigida)、银灰旋花(Convolvulus ammannii)生物量进行分析,揭示不同放牧梯度下优势植物生物量分配特征及生物量权衡机制。结果表明：随着放牧强度增加,荒漠草原群落地上、地下生物量、凋落物、盖度、4种优势植物地上地下生物量呈降低趋势;4种优势植物生物量均表现出向地下权衡,且随着放牧强度增加,权衡值变大;4种优势植物地上地下生物量均与群落盖度和凋落物含量呈显著正相关关系,冷蒿和银灰旋花根冠比均与群落盖度和凋落物含量呈显著负相关关系。本研究为理解地上地下生物量分配提供了一个新的视角和方法。     

Rangeland degradation in semi-arid Swaziland: effects of dip-tanks on herbaceous vegetation and soil properties

This study investigated dip-tank use effects on herbaceous vegetation and soil, and relationships between environmental and species variables. Eight dip-tanks, three each in sandy (DPBS) and loamy (DYRL) soils, and two in stony (ROSG) soils were used. Data were collected at 50, 100, 150, 300, 500, 700 and 900 m from each dip-tank. In DPBS, phosphorus and potassium contents were highest (P ? 0.05) on approaching dip-tanks. In all soils, forb and perennial grass abundances showed significant differences but there were no significant trends with distance. These variables are not sufficiently sensitive to form gradients or the gradient is diminished with heavy grazing. In DPBS, the canonical correspondence analysis showed negative correlation of distance with bareness, the abundance of Aristida rhiniochloa and Cynodon dactylon, which may suggest these variables may respond to grazing gradients around dip-tanks, but this pattern was not established on the other soil types. Therefore, caution is required in drawing conclusions of the piosphere effect around focal points. The abundance of highly palatable species was low except for Panicum maximum in DPBS. It is concluded that vegetation and soil changes are driven by abiotic (site and soil) and biotic (livestock) factors that have different influences at different scales. Therefore, any rangeland utilisation and management program should consider these drivers.     

贝加尔针茅草原主要植物地上生物量分配对放牧梯度的响应

通过对放牧梯度下贝加尔针茅草原主要植物不同器官(茎、叶、花或果)的生物量分配格局变化进行探索,结果表明:贝加尔针茅草原主要植物的繁殖分配随牧压梯度增加,表现出明显的规律性,中牧条件下,贝加尔针茅草原植物群落的繁殖分配与优势种羊草等较耐牧植物变化趋势一致,均较轻牧下显著增加,而优良禾草、豆科牧草等均显著减少;重牧条件下,植物群落的繁殖分配与优良禾草、豆科牧草等以及退化标志植物变化趋势一致,均较中牧下显著减少,而较耐牧植物羊草等均显著增加。