洞庭湖湿地植物芽库研究取得阶段进展

  • 陈心胜 (中国科学院亚热带农业生态研究所)
  • 创建于 2015-10-29
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    在以多年生草本占优势的湿地生态系统,大多数克隆植物能产生种子(有性繁殖),但克隆种群的更新和持续主要依靠芽库(无性繁殖)。在幼年种群中,由于竞争较弱,种子苗可能对种群更新的贡献较大,相反,分蘖苗可能对成熟种群更新的贡献较大,但当前缺乏相关的量化研究。在一个繁殖期内,植物分配到有性繁殖和无性繁殖之间的资源可能存在权衡,但前人得出的结论不同,并且很少在野外得到实证。分布在低程区的物种,受到洪水干扰的频率高,可能需要较大的芽库种群以在干扰后更新地上种群,相反,高程区的物种芽库可能较小。那么受到洪水等干扰后,湿地植物能否通过芽的萌发有效的更新地上种群呢?

    基于此,洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖优势湿地植物为研究对象,在国家自然科学基金和院领域前沿项目的资助下,通过野外调查、连续标记和控制实验等手段,取得了以下阶段性进展:

    1)在洪水前的第一个生长季(10月到翌年1月),短尖苔草的幼年种群中有13%的地上茎秆来源于种子,而在成熟种群中100%的地上茎秆来源于芽库。在洪水前的第二个生长季(2月到5月),幼年种群和成熟种群均没有种子苗产生。结果表明短尖苔草的种子苗更新仅发生在幼年种群中,成熟种群的遗传多样性通过种子苗在幼年阶段建立,并通过无性繁殖进行维持。研究结果发表在Scientific Reports (Deng et al. 2015, 5: e8646. DOI:10.1038/srep08646)

    2) 短尖苔草分配到有性繁殖的生物量和繁殖株的密度在低程区比在中、高程区高。相反,分配到根茎芽的生物量和根茎芽的密度在低程区比在中、高程区低。冗余分析显示有性繁殖与土壤含水量、土壤有机质含量、总磷和pH呈正相关,而与高程和分蘖密度呈负相关。结果暗示有肥沃土壤的干扰生境有利于有性繁殖,而稳定和竞争生境有利于无性繁殖。短尖苔草沿高程梯度在有性繁殖和无性繁殖之间的权衡可能是适应湿地生境水位波动的一种繁殖策略。相关结果发表在Scientific Reports(Chen et al. 2015, 5: e 12688 DOI: 10.1038/srep12688)

    3)芽库密度以分布在低程区的虉草最大,分布在中程区的苔草和辣蓼次之,分布在高程区的荻最小。反映立地水文条件的海拔高程解释了四个物种芽库大小变异的85%。四个物种的芽库密度均在冬季最高,短尖苔草、辣蓼和虉草的芽库密度在春季萌发后显著下降,暗示他们可能对干扰发生的时间比较敏感。相关结果发表在Aquatic Botany (Chen et al. 2015, 122: 9-14. DOI:10.1016/j.aquabot.2014.12.006)

    4)占荻芽库种群88.7%-93.3%的非活动腋芽(inactive axillary buds)不能萌发。活动腋芽在0cm沙埋时萌发率最高,10-20 cm时下降。由于大量的活动腋芽,荻在11月到翌年3月能够通过地下芽库萌发完全替代地上种群。因此,地下芽库和较强的萌发能力是荻维持局域种群和定居干扰后新生境的重要因素。该研究通过结合芽库统计和萌发实验为评估克隆植物的更新潜力提供了一种新方法。

图1. 冗余分析(RDA)显示洞庭湖湿地短尖苔草繁殖分配和环境变量之间的关系

图2. 洞庭湖湿地四种优势植物的最高芽库密度和平均海拔之间的关系

责任编辑:宋超