植物表型可塑性对环境因子的响应研究进展

植物的表型可塑性是同一基因型受不同环境的影响而产生的不同表型特征,是性状对异质环境的权衡,是植物对环境的一种适应与表达。通过系统梳理了植物表型可塑性研究发展的基本脉络,聚焦了气候、地理以及生物环境对可塑性的影响及其响应机制;总结了在全球气候变化的背景下,今后植物表型可塑性研究的几个重要方向。认为国内表型可塑性的研究还需要进一步深入,尤其是多因子对植物可塑性影响的过程与机制需要加强。     

克隆植物生长特征对土壤养分的响应研究概述

生境异质性普遍存在于自然环境中,作为植物生长最重要的生境因子之一,土壤养分资源水平的异质分布在植物个体及种群大小、觅养生长格局、能量投资和繁殖分配等多种维度影响克隆植物表型可塑性,蕴含着重要的生态适应意义。通过综述克隆植物个体及种群特征在不同土壤养分资源水平下的表现型差异和分化,分析了表现型差异和分化的内存机理,探讨了克隆植物对土壤养分资源水平的生态应答对策和生态适应策略。     

极端环境条件下植物的形态变化

生物与其周围的环境相互作用、相互影响。在长期的生物进化和环境选择下,每种生物都有其特有的形态和结构特征。在植物中普遍存在表型可塑性,但并非所有的表型可塑性是适应环境的。在环境变化接近植物生态幅阈值时的极端环境条件下植物在个体形态上的响应是值得关注的问题。综述了水分、盐度及氮磷浓度在极端条件下植物的叶和根系的形态变化,以期揭示极端环境条件下植物形态适应性的响应机制。目前,有关极端环境条件对植物形态影响的研究多关注某一种环境因子,较少探究多种环境因子的综合影响,而且研究的植物对象多为有性繁殖植物,鲜少报道繁殖速率快的克隆植物在极端环境条件下的形态变化。     

生物适应性和表型可塑性理论研究进展

对适应性和表型可塑性概念进行分析,认为适应性概念与表型可塑性概念既统一,但又存在差异;进一步探讨适应性的4个重要的理论问题指出:适应性和可塑性能力应包含胁迫生境和非胁迫生境两层含义;表型可塑性的收益成本分析是理解适应性和表型可塑性能力的基础;分析适应性和表型可塑性与生物个体适合度的关系时,应注意反应范式指标的选取;表型最优化分析方法应当是适应性模拟的一个发展方向。     

丛生型克隆植物种群生态学研究进展

结合近年来国内外的相关文献,从植物种群的结构、生理整合作用、生长格局及形态可塑性、种群空间扩张等方面,对丛生型克隆植物的生态学特征进行理论分析,并对现有研究进展进行评述,同时提出今后研究需要重点关注的问题。     

小龙虾养殖水体氮磷污染问题的对策研究

虾稻模式具有良好经济效益,而养殖水体必须用湿地植物高效净化氮磷。借鉴了农作物高效吸收利用氮磷的根系表型特点,综述了湿地植物表型可塑性、根系结构、生理功能以及已有去除水体氮磷研究进展。提出了人工调整湿地植物物候期,不同环境条件诱导其具有高效吸收氮磷的根系表型可塑性,以便适用于小龙虾(Procambarus clarkii)养殖水体的关键处理时期,合理搭配物种组合构建人工浮岛。     

不同土壤水分条件下断茎处理对克隆植物结缕草表型可塑性的影响

通过断茎处理,研究在不同土壤水分条件下克隆植物结缕草的水分生理整合作用对表型可塑性的影响。结果表明,在土壤水分均质和异质环境下,与断茎处理相比,保持匍匐茎的连接对结缕草的形态学指标均有促进作用;断茎处理均降低了分枝强度;在土壤水分异质和均质环境下,在结缕草克隆植株内存在水分生理整合,而且整合的方向既有从基部到梢部的向顶传输,又有从梢部向基部的向基传输,即水分传输是双向的。     

外来农业杂草薇甘菊研究进展

对华南地区外来农业杂草薇甘菊近年来的研究进行了综述,介绍了其生物学特征、分布范围、防治措施以及主要的研究进展,并展望了以后的研究方向,包括薇甘菊表型可塑性、坐待对策、叶N在光合组分中的分配模式的优化策略、植物入侵潜力的指示器等。     

干旱胁迫对蕨麻克隆构件的可塑性反应

研究了匍匐茎克隆草本植物蕨麻原变种(PotentillaanserineL.var．anserina)对干旱胁迫(即聚已二醇6000的浓度为0、5％、10％、15％、20％,10个重复)的表型可塑性:随着聚已二醇6000浓度的增加,实验植物的生物量显著减小;死亡率上升;基株叶片数目、基株叶片长度、基株叶片宽度具有显著的株间差异,呈二次曲线变化。因而在高寒地区的生态恢复中具有重要的意义。     

入侵植物瘤突苍耳(Xanthium strumarium)种子萌发期表型代间传递可塑性研究

表型可塑性在植物中普遍存在,一些可塑性表型可以由亲代通过种子传递给子代,使子代预知亲代的环境信息,从而提高子代对该环境的适应性。种子萌发是植物建立种群的关键环节,也是入侵植物爆发的起点,而种子萌发期代间传递的可塑性表型表现如何还不清楚。以自花授粉的入侵植物瘤突苍耳(Xanthium strumarium)为材料,收获不同养分处理亲代的种子,利用种子萌发袋模拟同质园试验,比较各亲代及子代种子萌发时相关指标在不同养分条件的变化。结果表明:当亲代在高养分条件下生长时,其子代各指标(除侧根长度外)均高于低养分条件;当亲代在低养分条件下生长时,其子代在低养分条件下的发芽势、子叶宽度、子叶厚度、幼苗高度反而高于生长在高养分条件下的子代,这表明亲代可以通过种子把自身对环境的适应性传递给子代,而子代的发芽率、发芽指数、子叶长度、主根长度、侧根长度依然为高养分条件大于低养分条件。研究表明,并非所有的表型都可以由亲代通过种子传递给子代,明确其亲代可代间传递的可塑性表型受环境条件影响。     

珍稀濒危植物绵刺克隆生长构型与资源利用方式关系的研究

绵刺是蔷薇科绵刺属植物，为阿拉善荒漠区特有植物。其具有独特的克隆生长构型，即同一植株同时具有两种典型的克隆生长构型；游击型克隆生长构型和密集型克隆生长构型，而成为研究克隆种群生态学代表性的材料。由于绵刺生存环境中资源异质性的广泛存在和干扰的随机发生，因而在不同的生态条件下两种克隆生长构型是可塑的，这种可塑性是绵刺对环境资源利用最优的进化对策。本文对不同干扰和不同资源的方差分析，得出绵刺在适应环境中所表现的觅食行为和风险分摊等生态对策，并对游击型和密集型及资源利用方式的定义进行修改和完善。     

药用植物淫羊藿克隆构型对异质性生境的响应

通过研究异质性生境中淫羊藿克隆构型,初步分析环境因子对淫羊藿克隆生长的影响及克隆构型可塑性对异质性生境的响应。结果表明:生境中相对光强、土壤含水量和土壤有机质含量对淫羊藿的克隆生长影响较大,土壤pH值对其影响较小。建立了淫羊藿克隆构型可塑性特征与环境因子的关系方程。淫羊藿以地下根茎为克隆器官进行克隆生长,在异质性生境中有着较强的克隆构型可塑性。保护淫羊藿地下根茎,以及生境中适当的光照、水分和养分有利于淫羊藿的克隆生长。     

基于Logistic与Gompertz非线性模型的 野牛草克隆生长模拟与分析

 【目的】揭示野牛草克隆生长规律,建立理想的克隆生长模型,为进一步开发克隆植物的利用价值、选育优良品种提供参考。【方法】运用Logistic和Gompertz 两种非线性生长模型,分别对同质及异质环境下各同质小生境内野牛草克隆分株增殖数据进行曲线拟合和分析。【结果】两种模型均能模拟野牛草的生长曲线,但Logistic生长模型拟合优度更高,与实测值也更接近;进一步分析Logistic模型拟合参数发现,不同生境下野牛草克隆片段的分株增殖拐点时期集中在12.95—14.00周,但拐点分株增殖量存在显著差异;与同质环境相比,资源的异质性分布有利于野牛草克隆分株增殖。【结论】野牛草克隆生长符合Logistics模型,环境的异质性与分株增殖速率密切相关,而与分株增殖的拐点时间无显著相关;认为异质生境下相连克隆片段及分株间的生理整合,可有效提高资源的利用效率。     

胡杨繁殖根系分枝特征及其与土壤因子的关联性

目的胡杨根系克隆繁殖对胡杨林更新及其群落维持具有重要作用,而胡杨根克隆器官——繁殖根系的扩展分枝是实现克隆繁殖的重要生态过程。本文以明确胡杨繁殖根系分枝特征(节间长、分支强度、分支垂向和水平向夹度)在异质生境下的可塑性和主要分枝类型,探究胡杨繁殖根系特征与土壤因子的关系,找到影响胡杨繁殖根系变化的关键环境因子。方法采用典型抽样对16个样点的一段跨度10 m以上的繁殖根分枝以及对应的土壤因子进行挖掘和调查。运用相关性分析(CA)和主成分分析(PCA)方法分析繁殖根特征之间的相关性和分布规律。运用冗余分析(RDA)和方差分解探究根分枝特征与土壤因子的关联性。结果(1) CA和PCA结果显示,4个分枝特征之间的相关性较高(P＜0.05),PCA第1轴解释了繁殖根特征变异的66.88%,基本代表了从占据型(分枝强、短、垂向角小、水平角大)到游击型(分枝弱、长、垂向角大、水平角小)两种极端分枝类型的变化。占据型分枝更多出现在林缘,而游击型分枝更多出现在靠近河道处。(2)RDA结果显示,垂向分枝夹角主要受土壤紧实度的正影响(R2=0.64,P＜0.05),节间长度主要受紧实度的负向影响(R2=0.87,P＜0.05)。土壤全碳和全氮主要对分枝强度和分枝水平夹角有正向作用,但土壤含砂量对它们具有负向作用。主轴分布深度主要受毛管水埋深影响(R2=0.62,P＜0.05)。(3)方差分解结果显示,三类土壤特征共解释了胡杨分枝特征变异的68.3%,土壤物理特征(土壤质地、紧实度)的独立作用最大(R2=0.12,P＜0.05),土壤水分(土壤含盐量、含水量)和养分特征(全N、C)的独立作用较小(R2=0.07,P＜0.05;R2=0.03),但与土壤物理特征的共同作用较大(R2=0.23, P＜0.05)。结论(1) 在异质性的河漫滩环境中,胡杨繁殖根系分枝在两种极端分枝类型——游击型和占据型分枝形成的连续谱之间变化。(2)土壤物理特征是影响胡杨繁殖根分枝的最关键因素,胡杨繁殖根系主要选择占据土壤质地良好,紧实度小的斑块。单纯水分或养分丰富的斑块不会引起胡杨繁殖根分枝明显变异,但是在土壤质地和紧实度良好的土壤斑块中,水分和养分的变化会对繁殖根分枝产生显著影响。(3)胡杨繁殖根的垂向分枝夹角具有明显的生态塑性,是胡杨克隆器官的重要适应特征。      

环境资源时空耦合异质性及其对克隆植物的生态影响

分析了环境资源的同质或异质性在时间和空间上的不同组合所产生的耦合效应对克隆植物的一些特性,如生理整合、形态和生理可塑性、觅食行为、劳动分工、风险分摊等所产生的生态影响。通过对一些经典理论和观点进行分析和评述、扩展和引申,提出了有关克隆植物对各类时空耦合异质生境响应对策的一些新的理论预测。同时对迄今为止相关方面的研究进展进行了简要评述,并对今后研究的重点方向作了预测和展望。     

石灰岩地区土壤水分对木豆表型可塑性的影响

研究了土壤相对含水量分别为27．65％,19．47％,12．14％和7．66％水分条件下木豆(Cajannus cajan)幼苗生长和形态的表型可塑性。结果表明：木豆幼苗的根、叶、茎生物量以及株高、冠幅直径都在土壤相对含水量为12．14％的条件下最高;随着土壤含水量的增加,分配到枝和根的生物量随之增加,分配到叶的生物量减少;当土壤相对含水量从7．66％升到12．14％时,须根数目增加,土壤相对含水量再提高时,情况则相反。这些结果说明木豆幼苗的适宜水分生态位是较干旱的土壤环境,木豆幼苗通过器官生物量分配和形态结构调整来适应干旱胁迫。     

松嫩平原朝鲜碱茅无性系生殖器官构件的表型可塑性

在开花期从构件水平对松嫩平原碱化草甸朝鲜碱茅无性系种群分蘖丛各构件性状的表型可塑性,各功能构件生物量与丛径之间的关系,以及各功能构件生物量之间的关系均建立相应的模型进行了定量分析。结果表明：在开花期,朝鲜碱茅种群分蘖丛各构件性状具有较大的表型可塑性。朝鲜碱茅无性系种群各功能构件生物量与丛径之间的定量关系中,光合构件、有性生殖构件、营养繁殖构件以直线函数模型相关性最大,支持构件、非生殖构件以幂函数模型相关性最大;各功能构件生物量之间的定量关系均以直线函数模型相关性最大。     

入侵植物喜旱莲子草对光、氮及其互作的表型可塑性反应

为给入侵植物喜旱莲子草的管理与防控提供一定的理论参考,对其在光照和氮沉降及光氮互作的表型可塑性反应进行了研究。结果表明:喜旱莲子草通过增加株高、节长,降低根重比,提高叶重比、叶片叶绿素含量来适应较低的光照环境,其株高、节长、总生物量对光照的表型可塑性指数较大;随着土壤氮素的增加,喜旱莲子草植株的株高、节长、茎粗、叶长、叶宽、总生物量和叶绿素都显著增加,其对氮沉降的可塑性指数在株高、生物量和叶绿素上较大;氮沉降有利于喜旱莲子草对光照反应可塑性的增加,从而补偿低光环境导致的生长不利。因此,若在持续高氮沉降的情况下,喜旱莲子草种群有向贫瘠土壤和弱光环境拓展的风险。