水分胁迫下雌雄异株植物葎草繁殖策略的可塑性调节

研究雌雄异株草本植物应对环境胁迫的繁殖策略及生殖分配可塑性,对发展雌雄异株植物的生活史进化理论和该类植物资源保护利用具有重要意义。实验以葎草为材料,通过设置轻度(LS)、中度(MS)、重度(RS)水分胁迫梯度,研究雌、雄单株的花芽分化、生物量分配、花穗性状、花药(或子房)数、花粉数及活力等与生殖生长相关的可塑性。结果表明:1)葎草通过提前花芽分化应对水分胁迫,雄株先于雌株进入生殖生长(P＜0.01)。2)雄株增加生殖分配应对LS胁迫,雌株减少花穗生物量应对水分胁迫;在RS胁迫时雄株的生殖分配为雌株的近3倍。3)葎草通过减少花穗数应对胁迫,雄株显著增加单个花穗的小花数来应对轻中度缺水(P＜0.05),雌株则减少开花频次降低水分胁迫下生殖能量消耗。4)轻中度水分胁迫对雌株子房宽度无显著影响;中重度胁迫虽使雄株显著缩短了花药长度、减少了单个花药的花粉数(P＜0.05),但花粉大小、花粉活性受影响较小。5)雄株花穗的POD和SOD活性显著高于雌株,雄株对水分胁迫更加敏感。在水分胁迫下,葎草在生存和防御功能稳定的基础上,可以通过协调分配有限资源,实现有性繁殖来完成草本植物较为短暂的生活史。     

营养生长期雌雄葎草表观性状对水分胁迫响应的性别差异

通过设置4个水分梯度,对营养生长期的葎草进行干旱胁迫处理,于性别可识别时,测定雌雄单株的根、茎、叶等构件数量性状、鲜重干重及占生物量比例等指标。结果表明,葎草通过显著缩短营养生长持续期应对水分胁迫,雄株比雌株对水分缺乏更加敏感;根首先,叶次之,茎第三对胁迫做出响应;根通过降低自身含水量满足茎、叶对水分的需要,同时茎叶通过减少叶片数与茎分枝数,缩小单叶面积与茎长度,降低单株对水分的消耗;雄株的叶总面积,茎分枝、长度与体积,根长与体积显著低于雌株;水分对各构件鲜重、干重均存在极显著影响,但性别间仅根系生物量存在显著差异;雄株的总生物量显著低于雌株,但性别对构件生物量分配比例无显著影响。通过减少营养生长投入,快速转入生殖生长应对水分胁迫,为葎草种群繁衍与扩展奠定基础。     

支持物改变葎草形态可塑性和繁殖特性

通过葎草(Humulus scandens)以乔木支持物、灌木支持物和无支持物3种生长方式,测定雌、雄单株生物量分配、形态特征和繁殖特征等指标,分析支持物对葎草形态可塑性和繁殖的影响。结果表明,支持物对雌株和雄株茎、叶、花穗性状均有显著影响(P0.05),支持物对雄株主茎长、主茎直径、单叶面积及花穗长的影响均大于雌株(P0.05),支持物对雌株的分枝率、总茎长、叶片数及花穗数的影响均大于雄株;支持物对雌株总生物量、茎和叶分配比均无影响,对雄株总生物量、茎和叶分配比则有显著影响(P0.05);支持物对雌、雄株的花分配影响较小,雄株的繁殖分配、繁殖效率指数、繁殖指数和繁殖比率均显著大于雌株(P0.05),且支持物对雄株繁殖特性的影响小于雌株,雌株比雄株具有更高的繁殖可塑性。总之,有无支持物及支持物种类对葎草形态可塑性和繁殖有明显影响。     

遮阴对葎草构件性状及生物量结构影响的性别差异

以雌雄异株攀援草本植物葎草(Humulus scandens)为材料,设置不同遮阴度(0、25%、50%、75%),测定雌、雄株的构件性状、水分分配、生物量结构及根冠比,分析遮阴对葎草结构形成和生长策略影响的性别差异。结果表明,遮阴对葎草叶性状的影响为叶宽叶长叶厚,对茎性状的影响为茎长茎径节间长,叶长、叶宽、茎长和节间长存在性别差异(P0.05);遮阴对单叶面积、总叶面积、叶面积比率、比叶面积均有极显著影响(P0.01),遮阴可增加雌株但显著减小雄株的总叶面积(P0.05);遮阴对单株生物量、茎叶水分含量和生物量分配及单株根冠比有显著影响(P0.05),虽雄株总生物量显著大于雌株,但雌株茎分配显著大于雄株,且叶、根分配无性别差异。雌、雄株采用改变构件性状和生物量结构,形成与性别分化匹配的对不同遮阴度的生长策略。     

不同温度下雌雄葎草营养生长期的生长特性

通过测定15、20、25 ℃培养条件下,雌雄葎草(Humulus scandens)单株营养生长期持续时间,根、茎、叶等构件数量性状及鲜质量、干质量和生物量分配等指标,分析温度对营养生长期雌雄葎草生长特性的影响。结果表明,温度对葎草营养生长持续期有极显著影响（P＜0.01）,雌株比雄株更易受影响;温度极显著影响根、茎、叶等构件数量性状及其鲜质量与干质量;温度极显著影响营养生长期雌、雄葎草单株的生物量总量及构成,雄株通过减少叶生物量、雌株通过增加根系生物量来为生殖生长提供物质基础。     

草地群落类型对乳白香青种群特征和雌雄株形态及抗性的影响

为探究亚高山雌雄异株草本植物乳白香青对生境的适应方式,通过测定5个草地群落(A-老芒麦改良草地,B-虉草改良草地,C-天然草地,D-天然草甸,E-沙化草地)中乳白香青种群数、种群密度和面积、分布系数、性比组成,以及雌雄株构件性状、生物量配比、水分分配及抗性物质含量等参数,研究群落组成对乳白香青种群特征、雌雄株形态可塑性及抗性的影响。结果表明,5个草地群落的优势种、群落密度、基盖度、物种密度和优势种高度及土壤理化性状的显著差异(P0.05),使不同群落中乳白香青种群特征显著不同,群落类型对种群特征参数影响顺序为种群面积种群密度性比年龄结构种群数分布系数;D群落中乳白香青种群数和分布系数最高,C中乳白香青种群面积和密度最大,E中乳白香青种群数仅分别为D和C中的30.21%和35.11%,分布系数仅为C中的36.04%;群落类型对乳白香青种群年龄结构和性比有显著影响(P0.05),雌株数为雄株的2.22~7.03倍;叶数和叶面积、株高和茎径、根长、小花数和苞片层数有显著的性别差异(P0.05),群落类型对雌雄株的叶数和叶面积、株高、根数、花序数和小花数有显著影响,对雄株茎径和苞片层数有显著影响;雄株总生物量和花分配比显著高于雌株,而根分配比显著低于雌株(P0.05),群落类型对乳白香青生物量配比有显著影响,雌株生物量配比受影响顺序为花总生物量叶根茎,雄株受影响顺序为花茎叶总生物量根;雄株茎、叶、花含水量显著高于雌株(P0.05),根含水量在性别间和群落间差异较小,雌株构件含水量受群落类型影响顺序为花茎叶根,雄株为叶茎花根。雄株中MDA含量高于雌株,雌株中H_2O_2含量及T-AOC活性大于雄株(P0.05),群落组成对雌、雄株中H_2O_2和MDA含量及T-AOC活性有极显著影响(P0.01)。A和B中H_2O_2和MDA含量最低,E中H_2O_2和MDA达最大值,而T-AOC活性最低。雌、雄个体均能依据群落生境调整生长策略,通过构件性状、生物量配比、水分分配和抗性生理等适应性变化,使种群具有与生境匹配的种群特征,利于提高种群适合度和生活史完成。     

坡位对乳白香青种群特征及雌雄株形态可塑性的影响

为探究亚高山雌雄异株草本植物乳白香青(Anaphalis lactea)对生境的适应能力,通过对不同坡位乳白香青种群组成、个体构件性状、生物量结构及水分含量测定,研究坡位对乳白香青种群特征及雌雄株形态可塑性的影响。结果表明,坡位对乳白香青种群特征参数有显著影响(P0.05),影响大小表现为性比种群密度年龄结构种群数分布系数种群面积;坡底种群特征参数显著大于坡顶和坡腰,坡位越低种群衰退越慢而雌雄比更大。坡位显著影响构件性状(P0.05),随坡位降低叶数减少,而叶长、叶宽和叶厚增加,株高和茎长显著增加,根长变长而根径变细;坡位对雌株叶数、叶长、叶宽、茎长、茎径、根长、花序数、花序宽、小花数及苞片宽的影响大于雄株,对雄株叶厚、根径、苞片层数影响大于雌株。坡位显著影响生物量结构(P0.05),坡位对雌株根、茎、叶及花生物量分配有显著影响(P0.05),对雄株根和茎分配有显著影响,对叶和花分配影响较小。乳白香青雌、雄株均可通过形态可塑性适应生境,使种群具有与坡位适应的性比、密度、年龄结构及分布系数等种群特征。     

草地群落类型对乳白香青种群特征和雌雄株形态及抗性的影响

为探究亚高山雌雄异株草本植物乳白香青对生境的适应方式,通过测定5个草地群落(A-老芒麦改良草地,B-虉草改良草地,C-天然草地,D-天然草甸,E-沙化草地)中乳白香青种群数、种群密度和面积、分布系数、性比组成,以及雌雄株构件性状、生物量配比、水分分配及抗性物质含量等参数,研究群落组成对乳白香青种群特征、雌雄株形态可塑性及抗性的影响。结果表明,5个草地群落的优势种、群落密度、基盖度、物种密度和优势种高度及土壤理化性状的显著差异(P<0.05),使不同群落中乳白香青种群特征显著不同,群落类型对种群特征参数影响顺序为种群面积>种群密度>性比>年龄结构>种群数>分布系数;D群落中乳白香青种群数和分布系数最高,C中乳白香青种群面积和密度最大,E中乳白香青种群数仅分别为D和C中的30.21%和35.11%,分布系数仅为C中的36.04%;群落类型对乳白香青种群年龄结构和性比有显著影响(P<0.05),雌株数为雄株的2.22~7.03倍;叶数和叶面积、株高和茎径、根长、小花数和苞片层数有显著的性别差异(P<0.05),群落类型对雌雄株的叶数和叶面积、株高、根数、花序数和小花数有显著影响,对雄株茎径和苞片层数有显著影响;雄株总生物量和花分配比显著高于雌株,而根分配比显著低于雌株(P<0.05),群落类型对乳白香青生物量配比有显著影响,雌株生物量配比受影响顺序为花>总生物量>叶>根>茎,雄株受影响顺序为花>茎>叶>总生物量>根;雄株茎、叶、花含水量显著高于雌株(P<0.05),根含水量在性别间和群落间差异较小,雌株构件含水量受群落类型影响顺序为花>茎>叶>根,雄株为叶>茎>花>根。雄株中MDA含量高于雌株,雌株中H₂O₂含量及T-AOC活性大于雄株(P<0.05),群落组成对雌、雄株中H₂O₂和MDA含量及T-AOC活性有极显著影响(P<0.01)。A和B中H₂O₂和MDA含量最低,E中H₂O₂和MDA达最大值,而T-AOC活性最低。雌、雄个体均能依据群落生境调整生长策略,通过构件性状、生物量配比、水分分配和抗性生理等适应性变化,使种群具有与生境匹配的种群特征,利于提高种群适合度和生活史完成。     

越冬时葎草雌雄株生理反应和再生策略的差异分析

以野生雌雄葎草为材料,通过测定越冬前(12月1日)、越冬中(1月15日)和越冬后(4月15日)雌雄株构件中可溶性糖(SS)、淀粉(ST)、丙酮酸(PA)含量和硝酸还原酶(NR)活性,测定越冬后构件存活率和再生率及再生构件性状与生物量分配比,分析雌雄株越冬时生理反应和再生策略的差异。结果表明:1)越冬前雄株叶片中ST含量小于雌株而SS含量大于雌株,其成熟茎和根的SS和ST含量均小于雌株(P0.05),雄株通过提高叶中SS含量抵御寒冷,雌株通过转移糖分到茎和根应对寒冷;2)越冬前雄株叶和茎的PA含量显著大于雌株,根中含量显著小于雌株(P0.05),构件中NR活性无性别差异(P0.05),雄株通过增强茎和叶的呼吸抵御寒冷,雌株通过根储备营养应对寒冷;3)越冬后雌株再生叶的SS和ST含量大于雄株(P0.05),PA含量和NR活性小于雄株,其再生代谢基础高于雄株;4)越冬时雄株植株存活率为26.67%,为雌株植株存活率的34.78%,雄株存活植株的茎存活率仅为雌株的32.24%,越冬后雌株茎、叶再生率仅为雄株的21.03%和23.82%,而花序再生率高达74.40%;5)雌株再生叶数和叶面积及再生茎长小于雄株(P0.05),其再生茎和叶生物量分配比仅0.59%和1.31%,再生花序分配达98.09%,其再生花序柄和花序轴长及小花数大于越冬前正常花序,且萼片面积增大且生物量分配比占31.26%,总面积达624.92 cm~2·株~(-1),为再生叶总面积的24.50倍。越冬时雄株通过生理反应抵御寒冷,使茎和根贮藏物质低于雌株,故其存活率和再生率低于雌株。越冬后雄株再生生物量仅1.57 g·株~(-1)全部分配到营养器官,雌株再生总生物量达32.05 g·株~(-1),且98.09%分配到花序,萼片代替叶片为主要光合器官,为花序形成和开花就近提供养分。     

越冬时葎草雌雄株生理反应和再生策略的差异分析

以野生雌雄葎草为材料,通过测定越冬前(12月1日)、越冬中(1月15日)和越冬后(4月15日)雌雄株构件中可溶性糖(SS)、淀粉(ST)、丙酮酸(PA)含量和硝酸还原酶(NR)活性,测定越冬后构件存活率和再生率及再生构件性状与生物量分配比,分析雌雄株越冬时生理反应和再生策略的差异。结果表明:1)越冬前雄株叶片中ST含量小于雌株而SS含量大于雌株,其成熟茎和根的SS和ST含量均小于雌株(P<0.05),雄株通过提高叶中SS含量抵御寒冷,雌株通过转移糖分到茎和根应对寒冷;2)越冬前雄株叶和茎的PA含量显著大于雌株,根中含量显著小于雌株(P<0.05),构件中NR活性无性别差异(P>0.05),雄株通过增强茎和叶的呼吸抵御寒冷,雌株通过根储备营养应对寒冷;3)越冬后雌株再生叶的SS和ST含量大于雄株(P<0.05),PA含量和NR活性小于雄株,其再生代谢基础高于雄株;4)越冬时雄株植株存活率为26.67%,为雌株植株存活率的34.78%,雄株存活植株的茎存活率仅为雌株的32.24%,越冬后雌株茎、叶再生率仅为雄株的21.03%和23.82%,而花序再生率高达74.40%;5)雌株再生叶数和叶面积及再生茎长小于雄株(P<0.05),其再生茎和叶生物量分配比仅0.59%和1.31%,再生花序分配达98.09%,其再生花序柄和花序轴长及小花数大于越冬前正常花序,且萼片面积增大且生物量分配比占31.26%,总面积达624.92 cm²·株^-1,为再生叶总面积的24.50倍。越冬时雄株通过生理反应抵御寒冷,使茎和根贮藏物质低于雌株,故其存活率和再生率低于雌株。越冬后雄株再生生物量仅1.57 g·株^-1全部分配到营养器官,雌株再生总生物量达32.05 g·株^-1,且98.09%分配到花序,萼片代替叶片为主要光合器官,为花序形成和开花就近提供养分。     

花椰菜2种雄性不育系花器特征及花药发育的细胞学研究

本试验以花椰菜细胞质雄性不育系09-R9、保持系09-24和温敏细胞核雄性不育系GS-19为试验材料,采用形态学和细胞学方法研究2种雄性不育系的形态特征和花药发育的细胞学特点。结果表明,2种雄性不育系在育性转换、花器形态特征及花药发育的细胞学特征都存在着差异。不同温度处理的09-R9、09-24和GS-19之间的育性转换存在差异。09-R9和09-24的育性不受温度影响,09-R9表现为不育,09-24完全可育;GS-19的育性受温度影响,高温(20 ℃)不育,低温(15 ℃)育性恢复。GS-19和09-R9花蕾和花药大小差异显著,GS-19花蕾和花药显著小于09-R9;不育株与其可育株花的差异达到显著水平,不育株花显著小于可育株。显微结构观察发现2种雄性不育系之间的花药败育时期和方式不同,09-R9花药早期可以形成外形正常的花粉囊,但囊内物质随着花蕾的发育逐渐解体,最终这种不正常的花粉囊全部解体消失,花药发育受阻于花粉母细胞形成之前,属于无花粉囊败育类型。GS-19的花药发育过程有花粉母细胞的分化,能形成正常花粉囊,不产生花粉粒或者产生微量的无生活力的花粉粒,花药发育受阻于花粉母细胞到四分体时期,属于花粉母细胞败育类型。超微结构观察发现,不育系09-R9和高温条件下不育系GS-19花药败育相似,发生在花粉母细胞减数分裂时期,没有四分体的形成,形成了花粉粒外壁发育异常的“拟小孢子”,最后“拟小孢子”逐渐降解,只剩下花粉空壳。说明2种雄性不育系的败育方式有差异,但是败育时期一致,花药发育均受阻于四分体形成之前。     

葎草水分和光合特征及抗性物质含量响应冬季降温的性别差异

以野生雌雄异株攀援草本植物葎草为材料,12月自然降温为冬季降温梯度,于1日(T₁)、10日(T₂)、20日(T₃)和30日(T₄)通过测定雌雄株的水势、含水量、叶绿素含量、光合参数和代谢指标,分析降温对葎草新成熟茎叶生理代谢的影响,研究降温对雌雄葎草水分含量和光合作用及代谢系统影响的性别差异。结果表明:1)冬季♂株叶片水势和幼嫩叶含水量高于♀株(P<0.05),茎含水量低于♀株,降温对♂株叶片水势、茎叶含水量影响大于♀株(P<0.05);2)冬季♀株叶片的Chla、Chla/Chlb和Chl(a+b)大于♂株(P<0.05),降温显著降低了叶绿素含量(P<0.05),♂株下降快于♀株,成熟叶下降先于幼嫩叶;3)♂株的成熟和幼嫩叶的C_i(细胞间隙CO₂)大于♀株,G_s(气孔导度)和P_n(净光合速率)小于♀株(P<0.05),降温梯度对C_i、G_s和P_n影响大于性别间(P<0.05),降温使♂株C_i增大、G_s和P_n下降幅度大于♀株,T₃时♂株P_n为负值而♀株为正值,T₄时♀、♂株实际P_n均为负值,但♀株潜在P_n大于♂株;4)♂株叶片和幼茎的SS含量大于♀株,茎叶的Pro含量和成熟茎的SS含量小于♀株(P<0.05),降温下成熟和幼嫩茎叶抗逆性物质含量有显著的性别差异,T₂时♀、♂株的成熟和幼嫩茎叶中SS(可溶性糖)和Pro(脯氨酸)含量均增加(P<0.05),T₃时♂株成熟叶、幼嫩茎叶SS和Pro含量下降幅度大于♀株,T₄时♂株的成熟茎SS和Pro含量下降而♀株增加。降温对葎草叶片水势、茎叶含水量、光合参数和抗性物质含量影响有显著的性别差异,♀株具有比♂株更强应对冬季降温胁迫的生理基础。     

蝶形花亚科植物花粉释放机制

花粉是植物生殖的基础,其中花粉的成功释放是其繁殖的保障,蝶形花植物的花粉释放是一个复杂的过程,包括生理过程(内源释放)和机械(物理)过程(外源释放)。本研究对蝶形花植物花粉释放机制做出综述,回顾了蝶形花植物花粉内源释放的时空模式,包括花药形成和花药开裂,以及花粉外源释放的机制,如爆炸机制、活塞机制、毛刷机制和瓣膜机制,并就今后其花粉释放机制研究的热点领域及其应用进行了展望。     

松嫩平原不同生境芦苇生殖分株的异速生长分析

通过乳熟后期大样本随机取样,对松嫩平原季节性积水的单优种芦苇群落和旱地生境羊草+芦苇群落的芦苇生殖分株数量特征进行了定量分析。结果表明,2种生境除花序长和花序生物量外,分株高、构件生物量、分株生物量、生殖生长比率和构件生物量分配间均达到显著差异。2种生境绝对数量性状中花序生物量变异系数最高,分别为57.73%和49.87%;相对数量性状中生殖分配的变异系数最高,分别为36.17%和39.44%。株高与花序长呈正相关,但与生殖生长比率呈负相关趋势。在构件生物量分配关系中,生殖分配和生产分配、生产分配和茎生物量分配均呈极显著的幂函数异速生长关系。揭示了不同生境条件下芦苇较强的调节生殖分配能力,体现了植物个体生长与生殖策略。     

一年生龙胆属植物的繁殖分配及其花大小、数量的权衡关系研究

对青藏高原东缘高寒草甸一年生龙胆属植物的花期繁殖分配及其花大小与数量间权衡关系的研究发现,1)个体越大,繁殖投入越高;2)繁殖分配与个体大小间无固定的相关模式,表明不同物种对相似环境压力的适应对策不同;3)花大小和总花数均随个体增大而增加,花数量的增加要比花大小的增加更加显著;4)在采用偏相关方法控制植物个体大小后,花大小与花数目之间表现出权衡关系,与理论预测一致。     

遮阴和干旱对荩草克隆生长和有性繁殖及权衡关系的影响

以可建植边坡草坪的野生荩草为材料,设置遮阴(5个水平)和干旱(4个水平)交互形成的20个组合处理,测定克隆生长性状和有性繁殖数量及生物量结构,分析不同遮阴和干旱组合处理下克隆效率指数(CEI)、繁殖分配(RA)、繁殖效率指数(REI)、繁殖指数(RI)、繁殖比率(RR)的差异,研究遮阴和干旱对荩草克隆生长和有性繁殖及权衡关系的影响,结果表明:1)遮阴和干旱对克隆子株数及克隆效率指数有显著影响,中、重度干旱和≥10%遮阴显著降低了子株数(P<0.05),干旱对CEI无影响、遮阴降低了CEI,交互作用极显著降低了基株的子株数和CEI(P<0.01)。2)遮阴和干旱对母株、子株和基株的花穗数和小花数,对繁殖器官生物量(ROB)、非繁殖器官生物量(NROB)和总生物量(TB)有显著影响(P<0.05),轻、中度干旱或10%～30%遮阴或轻度遮阴和轻度干旱组合可显著增加母株、子株、基株的花穗数和小花数,轻度干旱或10%遮阴或轻度干旱和轻度遮阴组合可显著增加TB和ROB,交互作用是影响基株花穗数和小花数、TB、ROB和NROB的主要因子,干旱对TB和NROB影响次之,遮阴对ROB影响较大。3)遮阴和干旱对RA、REI、RI和RR有显著影响(P<0.05),轻中度干旱或10%遮阴可提高基株的繁殖参数,重度干旱或≥30%遮阴度降低了有性繁殖(P<0.05),轻度遮阴和轻度干旱组合比单一处理更利于有性繁殖,轻度干旱可缓解中重度遮阴对有性繁殖的影响,繁殖参数主要受交互作用影响,遮阴次之,干旱较小。4)荩草可依据遮阴和干旱胁迫程度,进行克隆生长和有性繁殖权衡,遮阴≥30%可延长克隆生长10～34d,中、重度干旱缩短克隆生长而促进有性繁殖,≥10%遮阴可缓解重度干旱对有性繁殖的影响(P<0.05)。5)20个遮阴和干旱组合处理下荩草均能同时维持两种繁殖方式,水分充足和全光照利于克隆生长,轻中度干旱和轻度遮阴单一或组合处理利于有性繁殖,遮阴和干旱交互影响增加了荩草的两种繁殖能力。