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色季拉山急尖长苞冷杉幼苗天然更新的影响因子研究

王瑞红 ,  潘刚 ,  张新军 ,  李江荣 ,  张新建

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文章导航 > 浙江农林大学学报  > 2021 >  38(3): 652-658
陈蓉芬, 黄坚钦, 陈荣, 等. 流式细胞术在测定竹类植物基因组大小中的应用[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(1): 103-111. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200212
引用本文: 王瑞红, 潘刚, 张新军, 等. 色季拉山急尖长苞冷杉幼苗天然更新的影响因子研究[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 652-658. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
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CHEN Rongfen, HUANG Jianqin, CHEN Rong, et al. On the application of flow cytometry in the genomic size determination of bamboo plants[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(1): 103-111. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200212
Citation: WANG Ruihong, PAN Gang, ZHANG Xinjun, et al. Natural regeneration factors of Abies georgei var. smithii seedlings in Sejila Mountain[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 652-658. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
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色季拉山急尖长苞冷杉幼苗天然更新的影响因子研究

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
  • 1.

    西藏农牧学院 高原生态研究所，西藏 林芝 860000

  • 2.

    西藏农牧学院 西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站，西藏 林芝 860000

  • 3.

    西藏农牧学院 西藏高原森林生态教育部重点实验室，西藏 林芝 860000

  • 4.

    中共西藏农牧学院委员会 组织部，西藏 林芝 860000

基金项目: 西藏自治区自然科学基金资助项目[XZ2018ZRG-18，XZ2018ZRG-27(Z)]
详细信息
    作者简介: 王瑞红(ORCID: 0000-0002-9370-2153)，实验师，从事高原生态系统生态研究。E-mail: 564042073@qq.com

  • 中图分类号: S791.149

Natural regeneration factors of Abies georgei var. smithii seedlings in Sejila Mountain

  • 1.

    Research Institute of Tibet Plateau Ecology, Tibet Agriculture & Animal Husbandry University, Linzhi 860000, Tibet, China

  • 2.

    National Key Station of Field Scientific Observation & Experiment, Tibet Agriculture & Animal Husbandry University, Linzhi 860000, Tibet, China

  • 3.

    Tibet Key Laboratory of Forest Ecology in Plateau Area, Ministry of Education, Tibet Agriculture & Animal Husbandry University, Linzhi 860000, Tibet, China

  • 4.

    Organization Department of CPC Tibet Agriculture & Animal Husbandry University Committee, Linzhi 860000, Tibet, China

摘要

  • 摘要:   目的  分析影响色季拉山典型天然林急尖长苞冷杉Abies georgei var. smithii天然更新影响因子，为有效提高其天然更新提供理论指导。  方法  基于野外样方调查，分析色季拉山阴坡与阳坡5种影响因子与急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度的相关性；通过通径分析找到影响其天然更新的关键因子。  结果  阳坡和阴坡种子带翅长度、种子千粒重、苔藓厚度、凋落物厚度及阳坡林分郁闭度与急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度均呈现极显著正相关(P＜0.01)；通径分析认为阳坡凋落物厚度是影响急尖长苞冷杉天然更新幼苗生长的最关键因子，阳坡各影响因子对幼苗密度的影响大小依次为凋落物厚度、种子千粒重、苔藓厚度、种子带翅长度、林分郁闭度；阴坡苔藓厚度是影响急尖长苞冷杉天然更新幼苗生长的最关键因子，阴坡各影响因子对幼苗密度的影响大小依次为苔藓厚度、凋落物厚度、种子千粒重、林分郁闭度、种子带翅长度。  结论  凋落物厚度是影响色季拉山阳坡急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度的最大因子，阴坡苔藓厚度是最关键因子。表3参27
    Abstract:   Objective  This paper with an analysis of the influencing factors of natural regeneration of Abies georgei var. smithii in Sejila Mountain, is aimed to provide theoretical guidance for the effective promotion of its natural regeneration.   Method  Based on a field sample survey as well as an analysis of the correlation between the seedlings density and the five influencing factors on shady and sunny slopes of A. georgei var. smithii in Sejila Mountain, the path analysis was carried out to find out the key factors affecting its natural regeneration.   Result  On both sunny and shady slopes, there was a significant positive correlation between the natural regeneration seedlings and the length of seed wing, 1000-seed weight, moss thickness, litter thickness, canopy density of sunny slope. Litter thickness was the most important factor affecting the growth of natural regeneration seedlings of A. georgei var. smithii on sunny slope and the order of contribution to seedlings density was litter thickness, 1 000-seed weight, moss thickness, winged seed length and canopy density. Moss thickness was the most important factor affecting the growth of natural regeneration seedlings of A. georgei var. smithii on shady slope and the order of contribution to seedlings density was moss thickness, litter thickness, 1000-seed weight, canopy density and winged seed length.  Conclusion  Litter thickness was the largest factor affecting the density seedlings of A. georgei var. smithii on sunny slope, while moss thickness on shady slope was the most critical factor. [Ch, 3 tab. 27 ref.]

  • 流式细胞术是指利用流式细胞仪对悬浮细胞或微粒等进行分析的现代分析技术，该技术可对一些特异的细胞和染色体等进行分析和分选，还可对动植物基因组大小及倍性水平等进行测定和分析[1-3]。在分析植物基因组大小过程中，与传统的福尔根染色技术相比，流式细胞术具有速度快、准确性高等优点。因此，目前流式细胞术在植物基因组大小研究中发挥了重要的作用，约265种菊科Asteraceae植物、157种莎草科Cyperaceae植物及191种毛茛属Ranunculus植物的基因组大小已通过流式细胞仪被测定[2, 4-7]，大量植物的C值(指单倍体细胞核的DNA含量)数据库已建立[8]。基因组大小信息可为植物系统分类、基因组测序及重测序等研究提供参考，因此，提高植物基因组大小测量精度至关重要[9-10]。竹类植物是重要的森林资源，全世界约119属1 482种，在中国分布的约37属500余种，变种变型100余种[11-13]。在竹类植物基因组学研究中，目前仅有毛竹Phyllostachys edulis、莪莉竹Olyra latifolia、芸香竹Raddia guianensis及瓜多竹Guadua angustifolia等竹种完成了全基因组测序工作，在整个竹类植物中所占比例还不足0.2%[10, 14-15]。另外，在竹类植物基因组大小研究中，目前约200个竹种的基因组大小通过流式细胞仪被测定，但由于不同研究者所用实验内参、仪器类型及实验方法不同，部分竹种在测量结果间存在一定差异[16-19]。流式样品制作主要分为细胞核提取和染色2个步骤，因不同植物细胞内含物及代谢物成分不同，所用细胞核提取液在组成上存在较大差异。研究者们往往会重点关注细胞核提取液，而忽略染色时间对实验结果的影响。因此，为了进一步提高竹类植物基因组大小测定结果的精度，本研究分析了样品采集部位及染色时间对竹类植物基因组大小测定结果的影响，并在此基础上揭示了12个竹种的基因组大小，以期为竹类植物系统分类及基因组测序等提供参考。

    1.   材料与方法

    1.1   材料

    以已测序的水稻Oryza sativa为参照。12个竹种清单及采样信息见表1。流式细胞仪分析的植物材料要求是新鲜幼嫩的组织部位，不能进行冷冻和干燥等处理。竹类植物叶片和笋均可满足实验要求，而且方便采集，特别是竹笋更适合长时间保存。唐竹Sinobambusa tootsik、茶竿竹Pseudosasa amabilis var. amabilis、孝顺竹Bambusa multiplex及黄皮刚竹Phyllostachys sulphurea等4个竹种同时以叶片和笋为材料，花叶唐竹Sinobambusa tootisik f. albo-striata、黄皮绿筋竹Phyllostachys sulphurea、平安竹Pseudosasa japonica var. tsutsumiana、柳叶细竹Thyrsostachy ssiamensis、花叶赤竹Sasaella glabra f. albo-striata、美丽箬竹Indocalamus decorus、曙筋矢竹Pseudosasa japonica f. akebono及红秆寒竹Chimonobambusa mamorea f. variegata等8个竹种主要是从国内外一些竹种园收集而来。这些竹种数量有限，目前尚无笋，因此，这8个竹种均以叶片为材料。

    表 1  12个竹种的采样信息
    Table 1  Description of the geographical distribution of 12 bamboo species
    竹种材料来源经纬度竹种材料来源经纬度
    孝顺竹　　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E茶竿竹　　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E
    柳叶细竹　浙江农林大学智能温室30°09′14″N, 119°26′00″E平安竹　　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E
    黄皮刚竹　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E曙筋矢竹　浙江农林大学智能温室30°09′14″N, 119°26′00″E
    黄皮绿筋竹浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E花叶赤竹　浙江农林大学智能温室30°09′14″N, 119°26′00″E
    唐竹　　　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E美丽箬竹　 浙江农林大学智能温室30°09′14″N, 119°26′00″E
    花叶唐竹　浙江农林大学翠竹园　30°09′14″N, 119°26′00″E红秆寒竹　浙江农林大学智能温室30°09′14″N, 119°26′00″E
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    1.2   方法

    1.2.1   流式细胞仪样品制备

    对于竹类植物叶片样品，选取顶端尚未展开的心叶或紧邻心叶已完全展开的嫩叶；对于竹笋样品，选择新鲜无病虫害的嫩笋，实验过程中剥去笋壳。用双面刀片切取一段面积约1 cm2或厚度约1.0 mm的叶片，面积约0.25 cm2的嫩笋置于干净的培养皿中，然后向培养皿中加入500 μL细胞核提取液(cystain UV precise P Nuclei Extraction Buffer，PARTEC，编号5003)润湿样品，用锋利的双面刀片迅速将样品剁碎，将培养皿倾斜静置1~2 min，使细胞核提取充分，之后向培养皿中加入2 mL DAPI (4,6-diamidino-2-phenylindole)染色液(cystain UV precise P stain Buffer，PARTEC，编号5003)对细胞核进行染色，然后用30目的滤头将样品过滤到进样管中，准备上机测样。

    1.2.2   流式细胞仪样品测定

    根据前期多次预实验结果，设置样品染色时间为1、3、5、7、9、12、18、24和30 min共9个梯度，利用流式细胞仪(Partec CyFlow ploidy Analyser)对样品进行测定。为了确保测量结果的准确性，每次实验先以水稻为参照，分析已测序毛竹的基因组大小，在此基础上再对其他竹种基因组大小进行测量和分析。为了减少误差，每个竹种设置3个不同重复，变异系数控制在5%以内。

    1.2.3   不同竹种的DNA含量分析

    登录C值数据库网站(http://www.rbgkew.org.uk/cval/homepage.html)，查出水稻二倍体基因组对应的DNA含量2C为1.0 pg，并推算待测竹种的2C值：待测竹种2C 值 (pg)=(待测竹种峰值/水稻峰值)×水稻2C 值(1.0 pg)，水稻单倍体基因组大小为466 Mb[20]。据此可以推算出相应竹种基因组对应的碱基数。

    2.   结果与分析

    2.1   竹类植物叶片和笋基因组大小测量结果分析

    利用流式细胞仪测定植物基因组大小过程中，样品峰形状是判断实验结果是否可靠的重要依据。样品处理过程中细胞核提取质量越好，相应的细胞碎片及杂质越少，杂峰就会越少，样品峰往往表现得尖而细，测量误差也较小，实验结果较为可靠；反之，样品处理过程中产生的细胞碎片越多，对应的杂峰也会随之增多，进而影响甚至改变样品峰形状，实验结果往往不可靠。从图1可以看出：孝顺竹、唐竹、茶竿竹及黄皮刚竹等4个竹种叶片和笋所呈现的峰在形状上均尖而细，碎片背景也非常少。另外，同一竹种的叶片和笋对应的峰形和峰值也十分相似，如孝顺竹的叶片和笋均表现出双峰，其中左侧较高的峰为2C细胞所对应的峰，右侧较低的峰为4C细胞所对应的峰，且相同类型细胞对应的荧光强度值也几乎一致(图1A1~A2)。除此之外，唐竹、茶竿竹和黄皮刚竹等3个竹种与孝顺竹情况相似，叶片和笋的测量结果也十分接近(图1B1~B2，图1C1~C2，图1D1~D2)。

    图 1  部分竹种叶片和笋的流式峰形图
    Figure 1  Flow cytometer peak value of some bamboo leaves and shoots
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    理论上，荧光强度值达到最大，说明此时细胞核染色最充分，获得的基因组大小与其真实值也最接近。为了更科学地对竹类植物叶片和笋对应的基因组大小进行比较分析，分别以黄皮刚竹、茶竿竹、孝顺竹及唐竹4个竹种叶片和笋的最大荧光强度值为依据，计算出4个竹种叶片和笋对应的基因组大小。结果表明：4个竹种叶片和笋对应的基因组大小并非完全吻合，唐竹、茶竿竹、孝顺竹及黄皮刚竹叶片对应的2C值分别为(5.03±2.33)、(4.82±0.54)、(2.64±0.50)和(3.76±1.51) pg，而笋对应的2C值分别为(4.99±1.56)、(5.02±1.99)、(2.72±0.59)和(3.86±2.31) pg，其中茶竿竹、孝顺竹及黄皮刚竹叶片2C值略小于笋对应的2C值，差值分别为0.20、0.10和0.08 pg，而唐竹叶片2C值比其笋略大0.04 pg (表2)。虽然4个竹种叶片和笋所获基因组大小并不完全吻合，但是差值非常小，在误差允许范围内。因此，对竹类植物而言其叶片和笋均可作为其基因组大小研究的材料。

    表 2  4个不同竹种叶片和笋的基因组大小
    Table 2  Genome size of leaves and shoots from 4 bamboo species
    物种材料部位2C值±标准差/pg基因组大小±
    标准差/Mb
    水稻　　叶片1.00±0.00860.00±0.00
    唐竹　　叶片5.03±2.334 325.80±2.33
    笋　4.99±1.564 291.40±1.56
    茶竿竹　叶片4.82±0.544 145.20±0.54
    笋　5.02±1.994 317.20±1.99
    孝顺竹　叶片2.64±0.542 270.40±0.54
    笋　2.72±0.592 339.20±0.59
    黄皮刚竹叶片3.76±1.513 233.60±1.51
    笋　3.86±2.313 319.60±2.31
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    2.2   染色时间对竹类植物基因组大小测定结果的影响

    表3表明：12个竹种在一定时间内达到最大荧光强度值后，随着染色时间延长，荧光强度值均有不同程度的减少，当染色时间延长到30 min时，大部分竹种的荧光强度值基本减少到最小。首先，同一竹种的叶片和笋的染色时长及荧光强度变化也不完全相同。以唐竹为例，叶片染色1 min荧光强度即达到最大，之后随着染色时间延长，荧光强度值不断减少，当染色时间延长到30 min时，荧光强度值减少到最小，约减少6.23%，而唐竹笋最大荧光强度则出现在3 min，之后随着染色时间延长，荧光强度不断减少，染色30 min时，其荧光强度减少到119.75±1.40，约减少2.67%(表3和表4)。其次，12个竹种荧光强度在0~30 min也存在较大变化，变异范围为2.67%~12.93%，除唐竹笋、茶竿竹叶和笋、孝顺竹叶及柳叶细竹叶等荧光强度变化小于5%外，其余竹种荧光强度变化值均大于5%，有些竹种荧光强度变化值甚至超过10%，如孝顺竹笋、平安竹叶、花叶赤竹叶及美丽箬竹叶等，荧光强度变化值分别为11.02%、12.93%、12.88%及12.33%等(表4)。表明细胞核染色时间对竹类植物基因组大小测定结果存在一定影响。

    表 3  12个竹种不同染色时间下对应的荧光峰值
    Table 3  Mean value under different dyeing time of 12 bamboo species
    物种部位不同染色时间对应的荧光强度峰值
    1357912182430 min
    水稻　　　叶24.67±0.3824.42±0.4824.2±0.5224.16±0.4224.07±0.3623.94±0.3823.8±0.3423.47±0.2723.15±0.24
    唐竹　　　叶123.98±2.33123.32±2.68122.24±3.14121.48±3.27120.81±2.72119.83±2.84118.59±3.08117.32±2.55116.25±2.19
    笋121.85±1.51123.04±1.56122.77±1.23122.11±1.51121.86±0.78120.82±0.35120.67±0.09119.75±1.40119.87±0.60
    茶竿竹　　叶118.13±1.24118.81±0.59118.97±0.54118.52±1.03117.99±0.92116.27±1.73115.82±2.62115.75±2.24115.31±2.43
    笋123.39±1.90123.67±2.00123.75±2.00123.18±2.09122.57±1.57121.37±1.87119.56±2.31118.80±1.68118.85±1.24
    孝顺竹　　叶64.07±0.4465.20±0.5464.92±0.5964.63±0.2264.88±0.4464.54±0.8363.85±0.8363.70±0.8663.35±0.74
    笋67.22±0.5966.90±1.1565.60±1.9764.72±2.0763.71±2.9062.85±3.1764.79±1.6460.61±5.9059.81±6.10
    黄皮刚竹　叶91.20±1.8392.27±1.6092.50±1.5292.70±1.3692.54±1.3691.98±1.9190.64±2.2790.11±1.9387.70±1.09
    笋95.21±1.8395.35±2.3194.46±3.3292.72±3.2292.09±2.8191.10±2.2889.01±2.7488.30±2.0387.66±1.87
    黄皮绿筋竹叶95.84±1.1996.37±0.9595.66±1.2295.74±1.2395.10±1.5394.68±1.8593.47±1.8192.32±2.2591.27±3.96
    平安竹　　叶134.17±0.93133.44±0.57132.43±1.18131.34±1.49130.17±1.63129.10±1.93125.12±4.50122.36±6.36116.82±8.22
    花叶唐竹　叶126.61±1.96125.97±1.71125.58±2.88124.25±2.10123.76±1.86122.98±2.18120.92±2.30118.80±3.17117.99±2.33
    花叶赤竹　叶132.17±1.58131.67±1.67131.36±1.46129.64±2.47127.77±3.32124.73±3.37122.08±3.05118.56±3.82115.14±3.52
    曙筋矢竹　叶141.29±1.85141.20±1.47140.06±2.06139.30±2.20138.50±1.63137.64±1.84135.40±2.90133.01±2.20129.62±3.47
    美丽箬竹　叶133.08±1.14132.59±2.03130.98±3.10130.03±2.85127.63±2.80125.61±3.61121.71±4.26119.82±5.21116.67±6.85
    柳叶细竹　叶65.67±1.4765.88±0.8366.25±1.0166.23±0.6866.09±0.4066.14±0.4266.39±0.8365.12±1.4763.30±0.96
    红秆寒竹　叶132.82±0.97132.29±1.73131.62±1.88131.36±2.02130.12±2.22130.10±2.21127.39±3.91126.18±3.35123.87±3.58
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    表 4  12个竹种荧光强度变化
    Table 4  Fluorescence intensity change of 12 bamboos
    竹种材料部位最大荧光强度最小荧光强度荧光强度减少值变化比例/%
    唐竹　　　叶123.98±2.33116.25±2.197.736.23
    笋123.04±1.56119.75±1.403.292.67
    茶竿竹　　叶118.97±0.54115.31±2.433.653.07
    笋123.75±2.00118.80±1.684.954.00
    孝顺竹　　叶65.20±0.5463.35±0.741.852.84
    笋67.22±0.5959.81±6.107.4111.02
    黄皮刚竹　叶92.70±1.3687.70±1.095.005.39
    笋95.35±2.3187.66±1.877.698.07
    黄皮绿筋竹叶96.37±0.9591.27±3.965.105.30
    平安竹　　叶134.17±0.93116.82±8.2217.3512.93
    花叶唐竹　叶126.61±1.96117.99±2.338.626.81
    花叶赤竹　叶132.17±1.58115.14±3.5217.0312.88
    曙筋矢竹　叶141.29±1.85129.62±3.4711.678.26
    美丽箬竹　叶133.08±1.14116.67±6.8516.4112.33
    柳叶细竹　叶66.39±0.8363.30±0.962.954.45
    红秆寒竹　叶132.82±0.97123.87±3.588.956.74
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    另外，不同竹种甚至同一竹种不同组织部位对染色时间反应也不完全相同。以叶片材料为例，唐竹、花叶唐竹、平安竹、曙筋矢竹、美丽箬竹、花叶赤竹及红秆寒竹染色1 min即达到最大荧光强度，染色时间延长到3 min时，荧光强度略有衰减，但减少不明显(表3)；孝顺竹和黄皮绿筋竹最大荧光强度出现在3 min，但与1、5 min对应的荧光强度相差不明显(表3)；茶竿竹和柳叶细竹最大荧光强度出现在5 min，其中茶竿竹最大荧光强度与其3 min时的荧光强度最接近，而柳叶细竹最大荧光强度与其7 min时的荧光强度最接近，只有黄皮刚竹最大荧光强度出现在7 min，但与5、9 min对应的峰值十分接近(表3)。以笋为材料时，荧光强度随染色体时间变化情况与叶片相似，其中孝顺竹的笋最大荧光强度出现在1 min，唐竹和黄皮刚竹2个竹种笋的最大荧光强度出现在3 min，茶竿竹最大荧光强度出现在5 min (表3)。唐竹、茶竿竹、孝顺竹和黄皮刚竹4个竹种同时以叶片和笋为材料，但是叶片和笋对应的荧光曲线图也不完全相同，例如黄皮刚竹笋的最大荧光强度出现在3 min，叶片最大荧光强度却出现在7 min (表3)。综上所述，无论是叶片还是竹笋，当染色时间延长到3 min时，75%的竹种已达到最大荧光强度值，延长到5 min时，已有91.67%的竹种达到最大荧光强度值。因此，为确保竹类植物基因组大小测定结果的准确性，竹类植物染色时间最好控制在7 min以内，以3~5 min最佳。

    2.3   12个不同属种竹种的基因组大小分析

    表5表明：孝顺竹和柳叶细竹对应的基因组大小分别为(2.64±0.54)和(2.69±1.01) pg，明显小于其他10个竹种；其次为刚竹属Phyllostachys的黄皮刚竹和黄皮绿筋竹，对应的2C值分别为(3.76±1.51)和(3.91±0.95) pg，明显小于其他一些竹属的竹种；再次为唐竹属Sinobambusa的唐竹和花叶唐竹，对应的基因组大小分别为(5.03±2.33)和(5.13±1.96) pg。赤竹属Sasaella的花叶赤竹、箬竹属Indocalamus的美丽箬竹及寒竹属Chimonobambusa的红秆寒竹3个竹种基因组大小比较相近，对应的基因组大小分别为(5.36±1.58)、(5.39±1.14)和(5.38±0.97) pg。茶竿竹、平安竹和曙筋矢竹在分类上虽然为同一属，但彼此间差异较大，这3个竹种的基因组大小分别为(4.82±0.54)、(5.44±0.93)和(5.73±1.85) pg。

    表 5  12个不同竹种的基因组大小
    Table 5  Genome size of 12 different bamboo species
    物种2C值±标准差/pg基因组大小±标准差/Mb物种2C值±标准差/pg基因组大小±标准差/Mb
    水稻　　　1.00±0.00860.00±0.00茶竿竹　4.82±0.544 145.20±0.54
    孝顺竹　　2.64±0.542 270.40±0.54平安竹　5.44±0.934 678.40±0.93
    柳叶细竹　2.69±1.012 313.40±1.01曙筋矢竹5.73±1.854 927.80±1.85
    黄皮刚竹　3.76±1.513 233.60±1.51花叶赤竹5.36±1.584 609.60±1.58
    黄皮绿筋竹3.91±0.953 362.60±0.95美丽箬竹5.39±1.144 635.40±1.14
    唐竹　　　5.03±2.334 325.80±2.33红秆寒竹5.38±0.974 626.80±0.97
    花叶唐竹　5.13±1.964 411.80±1.96
    　　说明：以12个竹种叶片对应的最大荧光强度值为依据，对其基因组大小进行了计算
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    3.   讨论

    KUMAR等[18]研究表明：分布在新加坡的孝顺竹基因组大小为(3.11±0.02) pg，而ZHOU等[19]研究表明：分布在中国的孝顺竹基因组大小为(2.78±0.02) pg。本研究中孝顺竹叶片和笋对应的基因组大小分别为(2.64±0.54)和(2.72±0.59) pg，与ZHOU等[19]研究结果较为接近，与KUMAR等[18]研究结果存在一定差异。流式细胞仪测定植物基因组大小过程中，细胞核提取液种类、染色液浓度、染色液类型及染色时间等均会对基因组大小测定结果产生一定影响[21-23]。KUMAR等[18]以烟草Nicotiana tabacum为对照，采用碘化丙啶(PI)荧光染料对细胞核进行染色，为了去除烟草等植物细胞中一些特殊的内含物，细胞核提取液中加入了一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。如果PVP浓度过大，在一定程度上会影响细胞核与荧光染料的结合，进而影响细胞核染色效果[24]。本研究与ZHOU等[19]的实验方法相似，均以水稻为对照，用DAPI对细胞核进行染色，这可能是本研究结果与ZHOU等[19]较为接近而与KUMAR等[18]有差异的主要原因。另外，本研究中红秆寒竹和茶竿竹对应的基因组大小分别为(5.38±0.97)和(4.82±0.54) pg，比ZHOU等[19]研究的2个竹种的基因组略大。这种差异可能是由于染色时间不同而造成的。本研究表明：染色时间对竹类植物基因组大小测定结果存在一定影响，且不同竹种对染色时间要求并不完全相同，大部分竹种的细胞核可以被快速染色，如红秆寒竹、美丽箬竹及曙筋矢竹等1 min即可达到最大荧光值；还有少量竹种染色较慢，如茶竿竹和黄皮刚竹等需5~7 min才可达到最大荧光值。ZHOU等[19]对竹类植物基因组大小进行分析过程中，所有竹种均采用相同的染色时间，这可能是造成这种差异的主要原因。

    利用流式细胞仪分析植物基因组大小过程时，一般需要选择基因组大小已知的物种做对照，然后根据流式细胞仪测量结果对待测物种基因组大小进行估算[24-25]。对照物种选择一般需遵循以下几个原则：①对照物种已测序，且基因组大小与待测物种基因组大小间存在显著差异，以便区分对照峰和样品峰；②对照样品与待测样具有一定的生物学相似性；③对照材料方便采集且易大量获取。目前，虽然毛竹、莪莉竹、芸香竹及瓜多竹等已完成测序[10, 14-15]，但其中大部分竹种主要分布在南方热带地区，这些竹种在经过长时间、长距离运输后，部分材料萎蔫或者细胞核结构改变已达不到实验要求。为了检测不同对照对竹类植物基因组大小测定结果是否存在影响，本研究尝试同时利用水稻和毛竹为参照，对孝顺竹、柳叶竹、黄皮刚竹、黄皮绿筋竹、唐竹及曙筋矢竹等竹种基因组大小进行比较分析，表明2种参照所获基因组大小十分接近，但由于毛竹基因组大小与待测竹种黄皮刚竹、黄皮绿筋竹、茶竿竹及唐竹等竹种的基因组相差较小，因此测量过程中对照毛竹的峰和待测竹种的峰间存在较大区域的重叠和干扰。水稻与竹类植物同属禾本科Poaceae，其种子通过催芽2~3周即可获得大量嫩苗，另外水稻与竹类植物基因组大小相差约3~6倍，测量过程中对照峰和样品峰区分非常明显，彼此间干扰较少。因此，对竹类植物而言水稻是非常理想的参照物。

    竹类植物主要分为草本竹种和木本竹种2个基本类型。根据分布区域，木本竹种又分为温带木本竹种和热带木本竹种2个类型[11，26]。温带木本竹种染色体数目比较稳定，基本上为2n=48(2n代表体细胞染色体数，即是单倍体的2倍)，热带木本竹种染色体数目表现比较复杂，主要有2n=64，2n=70±2，2n=96，2n=104等多种类型[19, 27-29]。本研究所分析的12个木本竹种中，孝顺竹和柳叶细竹为热带木本竹种，黄皮刚竹、黄皮绿筋竹、唐竹、花叶唐竹、茶竿竹、平安竹、曙筋矢竹、花叶赤竹、美丽箬竹及红秆寒竹均为温带木本竹种。本研究表明：12个木本竹种基因组大小与染色体数目并不呈正相关，虽然孝顺竹和柳叶细竹2个竹种染色体数目多于另外10个温带木本竹种，但基因组大小却明显小于温带木本竹种，这与一些温带竹种和热带竹种研究的情况类似[16, 18-19, 25]。部分竹种测序结果表明：竹类植物是异源多倍体植物，基因组主要分为A、B、C和D等4个不同的亚基因组，长期进化过程中C基因组竹种分别与B和D基因组竹种杂交形成染色体组类型分别为BBCC和CCDD的异源四倍体竹种(2n=48)，之后A基因组竹种又与基因组类型为BBCC的异源四倍体竹种杂交形成染色体组类型为AABBCC的异源六倍体竹种(2n=72)[14]。本研究中：黄皮刚竹、黄皮绿筋竹、唐竹、花叶唐竹、茶竿竹、平安竹、曙筋矢竹、花叶赤竹、美丽箬竹及红秆寒竹等温带竹种虽然染色体数目相同，但基因组大小却存在较大差异，2C值为3.76~5.73 pg，相差近1.52倍。这些竹种中，刚竹属的黄皮刚竹和黄皮绿筋竹对应的基因组大小分别为(3.76±1.51)和(3.91±0.95) pg，明显小于其他竹属中的一些竹种。另外，唐竹属、矢竹属、赤竹属、箬竹属及寒竹属中的一些竹种在基因组大小上差异不大，特别是花叶刺竹、美丽箬竹及红秆寒竹3个竹种基因组大小十分接近。因此，根据12个不同竹种的基因组大小测定结果推测，赤竹属、箬竹属及寒竹属等属竹种在染色体组组成类型上可能相同或相近，与刚竹属竹种在染色体组类型上存在较大差异。

  • 表  1  天然更新影响因子与幼苗数量

    Table  1.   Each influencing factor of natural regeneration and seedings density

    坡向海拔/mX1X2X3X4X5Y
    阳坡370075.12±2.79 a12.45±0.50 a10.38±0.14 c5.50±0.21 b8.38±0.46 a8.80±0.30 b
    380064.96±4.59 a12.36±0.33 a12.37±0.11 a8.05±0.31 a8.57±0.44 a6.20±0.64 b
    390069.65±3.16 a13.27±0.29 a11.25±0.14 b5.90±0.36 b8.52±0.43 a14.24±1.32 a
    400049.74±5.00 b11.06±0.42 c9.69±0.07 d3.74±0.20 c4.73±0.21 b5.40±0.83 c
    410049.52±3.42 b11.54±0.40 b8.60±0.20 e2.20±0.16 d4.38±0.37 b5.60±0.92 c
    420040.05±2.98 b11.11±0.24 c8.02±0.13 f1.28±0.13 e3.41±0.29 b0.83±0.11 d
    阴坡370065.16±1.05 a12.01±1.06 a8.72±0.21 b10.62±0.27 b9.31±0.18 a13.44±0.58 a
    380064.83±1.97 a12.04±0.44 a10.38±0.11 a10.06±0.18 b9.33±0.18 a11.61±1.54 a
    390060.16±2.11 a12.74±1.11 a10.46±0.14 a12.27±0.19 a9.54±0.16 a15.19±1.62 a
    400059.62±1.05 a11.99±0.79 a8.31±0.20 b4.30±0.14 d4.66±0.15 b11.40±0.75 a
    410059.25±1.29 a11.17±0.63 b7.58±0.21 c5.25±0.15 c4.55±0.15 b9.69±0.68 b
    420049.41±1.05 b10.68±0.51 c6.72±0.32 d2.51±0.13 e4.34±0.18 b5.00±0.90 c
    　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗密度　　　　　(株·m−2)。小写字母表示不同海拔间差异显著(P＜0.05)
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    表  2  天然更新影响因子与幼苗密度的相关性分析

    Table  2.   Correlation coefficients between each influencing factor of natural regeneration and seedings density

    坡向因子X1X2X3X4X5Y
    阳坡X11.0000.464**0.603**0.551**0.605**0.467**
    X21.0000.414**0.346**0.450**0.438**
    X31.0000.763**0.774**0.543**
    X41.0000.638**0.344**
    X51.0000.586**
    阴坡X11.0000.1980.2280.298*0.296*0.210
    X21.0000.547**0.541**0.492**0.390**
    X31.0000.787**0.755**0.579**
    X41.0000.945**0.612**
    X51.0000.509**
    　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗密度 (株·m−2)。*P＜0.05，**P＜0.01
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    表  3  天然更新影响因子与幼苗密度的通径分析

    Table  3.   Path analysis between each influencing factor of natural regeneration and seedings density

    坡向因子直接作用决定系数相关系数间接作用
    X1→YX2→YX3→YX4→YX5→Y合计
    阳坡X10.1180.014 0.467**　　 0.084 0.191 −0.135 0.208 0.348
    X20.1820.0330.438**0.0550.131−0.0850.1540.255
    X30.317*0.1000.543**0.0710.075−0.1870.2620.221
    X4−0.245*0.0600.344**0.0650.0640.2420.2190.590
    X50.343*0.1180.586**0.0710.0820.245−0.1560.242
    阴坡X10.0420.0020.2100.0030.0620.301−0.1980.168
    X20.0160.0000.390**0.0080.1480.546−0.3290.197
    X30.2700.0730.579**0.0100.0090.795−0.5050.309
    X41.010**1.0200.612**0.0130.0090.212−0.632−0.398
    X5−0.669*0.4480.509**0.0120.0080.2040.9541.178
    　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗　　　　　密度(株·m−2)。*P＜0.05，**P＜0.01
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-04
  • 修回日期:  2021-03-08
  • 网络出版日期:  2021-06-09
  • 刊出日期:  2021-06-09

色季拉山急尖长苞冷杉幼苗天然更新的影响因子研究

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
  • 1. 西藏农牧学院 高原生态研究所，西藏 林芝 860000
  • 2. 西藏农牧学院 西藏林芝高山森林生态系统国家野外科学观测研究站，西藏 林芝 860000
  • 3. 西藏农牧学院 西藏高原森林生态教育部重点实验室，西藏 林芝 860000
  • 4. 中共西藏农牧学院委员会 组织部，西藏 林芝 860000
    • 基金项目:  西藏自治区自然科学基金资助项目[XZ2018ZRG-18，XZ2018ZRG-27(Z)]
    作者简介:

    王瑞红(ORCID: 0000-0002-9370-2153)，实验师，从事高原生态系统生态研究。E-mail: 564042073@qq.com

  • 收稿日期: 2020-05-04
  • 修回日期: 2021-03-08
  • 网络出版日期: 2021-06-09
  • 刊出日期: 2021-06-09

  • 中图分类号: S791.149

摘要:   目的  分析影响色季拉山典型天然林急尖长苞冷杉Abies georgei var. smithii天然更新影响因子，为有效提高其天然更新提供理论指导。  方法  基于野外样方调查，分析色季拉山阴坡与阳坡5种影响因子与急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度的相关性；通过通径分析找到影响其天然更新的关键因子。  结果  阳坡和阴坡种子带翅长度、种子千粒重、苔藓厚度、凋落物厚度及阳坡林分郁闭度与急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度均呈现极显著正相关(P＜0.01)；通径分析认为阳坡凋落物厚度是影响急尖长苞冷杉天然更新幼苗生长的最关键因子，阳坡各影响因子对幼苗密度的影响大小依次为凋落物厚度、种子千粒重、苔藓厚度、种子带翅长度、林分郁闭度；阴坡苔藓厚度是影响急尖长苞冷杉天然更新幼苗生长的最关键因子，阴坡各影响因子对幼苗密度的影响大小依次为苔藓厚度、凋落物厚度、种子千粒重、林分郁闭度、种子带翅长度。  结论  凋落物厚度是影响色季拉山阳坡急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度的最大因子，阴坡苔藓厚度是最关键因子。表3参27

English Abstract

陈蓉芬, 黄坚钦, 陈荣, 等. 流式细胞术在测定竹类植物基因组大小中的应用[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(1): 103-111. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200212
引用本文: 王瑞红, 潘刚, 张新军, 等. 色季拉山急尖长苞冷杉幼苗天然更新的影响因子研究[J]. 浙江农林大学学报, 2021, 38(3): 652-658. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
shu
CHEN Rongfen, HUANG Jianqin, CHEN Rong, et al. On the application of flow cytometry in the genomic size determination of bamboo plants[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(1): 103-111. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200212
Citation: WANG Ruihong, PAN Gang, ZHANG Xinjun, et al. Natural regeneration factors of Abies georgei var. smithii seedlings in Sejila Mountain[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2021, 38(3): 652-658. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20200302
shu

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  • 天然更新是指植物或群落从种子成熟、种子扩散、种子萌发、幼苗生长，到生长为健壮个体的连续过程[1]。森林天然更新是林木利用自身繁殖能力形成新一代幼林的过程，一般有有性更新和无性更新2种方式[2]，是森林生态系统自我繁衍、自我恢复的手段和基础[3]，体现森林健康状况，对森林群落的稳定性维持、森林物种多样性保护具有重要意义。目前，国内外学者对森林天然更新的研究比较多，主要集中在采伐迹地的天然更新动态研究[4-5]、林隙与天然更新[4]、天然更新幼苗的种群结构及空间分布格局[6-9]等方面，其中森林天然更新影响因子的研究主要集中在土壤种子库[10-11]和群落生境特征，如海拔与坡向[12-13]、地被物[11, 13-15]、不同采伐方式[16-19]、林隙[20-22]等，但在群落植物种子特性及其与环境因子综合作用的研究还鲜有报道。色季拉山急尖长苞冷杉Abies georgei var. smithii林是中国西藏东南林区暗针叶林的典型代表，为成过熟原始林，人为干扰较少，林内苔藓植物、凋落物丰富。本研究以色季拉山急尖长苞冷杉原始林为研究对象，调查林内急尖长苞冷杉幼苗，运用通径分析方法分析林分郁闭度、种子带翅长度、千粒重、苔藓厚度、凋落物厚度等因子对幼苗更新的影响，明晰影响急尖长苞冷杉幼苗生长的最重要因子，以期为有效改善急尖长苞冷杉天然更新提供理论依据，从而改变目前急尖长苞冷杉林的濒危状态，维持急尖长苞冷杉群落稳定性。

    • 1.   研究区概况

    • 研究区位于西藏自治区林芝县鲁朗境内的色季拉山(29°10′~30°15′N，93°12′~95°35′E)，海拔为2 100~5 300 m，大致呈西北—东南走向，面积约2 300 km2；受印度洋暖湿季风气候影响，为典型的亚高山温带半湿润气候，冬温夏凉，干湿季节比较分明，降水多集中在每年的4−10月，年降水量为875~1 350 mm，约全年降水量的80.0%；年平均气温−0.7 ℃，7月为最暖月，平均气温9.2 ℃，1月为最冷月，平均气温−14.0 ℃。色季拉山遍布原始森林，乔木层中原始暗针叶林急尖长苞冷杉林占绝对优势，属于过熟林，此外还有林芝云杉Picea likiangensis var. linzhiensis、高山松Pinus densata、方枝柏Sabina saltuaria[20]等，林下灌木层生长繁茂，主要有林芝杜鹃Rhododendron nyingchiense、西南花楸Sorbus rehderiana、柳叶忍冬Lonicera lanceolata等，草本主要有红景天Rhodiola rosea、委陵菜Potentilla chinensis、西南草莓Fragaria moupinensis、卷叶黄精Polygonatum cirrhifolium等；地被层主要有枯枝落叶、苔藓Bryophyte等，部分区域苔藓厚度达到10 cm以上，盖度约80%。

    2.   研究方法

      2.1.   样地设置

    • 在色季拉山阴坡与阳坡沿海拔3 700~4 200 m，隔100 m设1个梯度，共设置12个10 m×10 m样地，记录样地的海拔、坡向、郁闭度。在样地中设置5个2 m×2 m样方调查灌木的种类、郁闭度，在各样方中分别设置5个1 m×1 m小样方调查草本盖度、苔藓植物厚度、凋落物厚度及急尖长苞冷杉幼苗数量。

      • 2.2.   测量方法

    • 对12个样地内的急尖长苞冷杉每木检尺，选取标准木。于急尖长苞冷杉种子成熟初期，分别在树冠上、中、下层用高枝剪取下5个球果，标记装袋带回实验室。待球果裂开后，剥出种子，待其自然风干；各样地随机选取100粒种子，测量种子带翅长度，称量种子千粒重；测量小样方内苔藓层厚度及凋落物厚度。各重复5次，取平均值。

      • 2.3.   数据分析

    • 通过SPSS 19.0双变量Pearson检验进行相关性分析，通过SPSS 19.0进行多元回归计算通径系数。

    3.   结果与分析

      3.1.   不同海拔高度影响因子对急尖长苞冷杉天然更新幼苗的影响

    • 由表1可知：阳坡不同海拔高度下千粒重均为极显著差异(P＜0.01)；3 700~3 900、4 000~4 200 m海拔高度林分郁闭度及凋落物厚度差异性均不显著(P＞0.05)，3 700~3 900 m种子带翅长度差异不显著，3 700与3 900 m海拔高度苔藓厚度差异不显著，其他海拔之间差异显著，3 700与3800 m海拔高度下幼苗数量差异不显著，其他海拔之间差异显著；其中海拔3 700 m处郁闭度最高，达75.12 %，4 200 m处最低，只有40.05 %。随海拔升高，千粒重、苔藓厚度、凋落物厚度均呈现先增加后减小的趋势；单位面积内幼苗数量海拔3900 m处最多，4 200 m处极少，主要是由于土壤贫瘠，沙石较多，不能为种子发芽与幼苗定居提供必需的营养与水分。在阴坡，3 700~4 100 m海拔高度下林分郁闭度差异均不显著；3 700~4 000 m海拔高度下种子带翅长度差异不显著；海拔3800与3 900 m千粒重差异不显著，其他海拔之间差异显著；海拔3 700与3 800 m苔藓厚度差异不显著，其他海拔之间差异显著；凋落物厚度亦同阳坡；3 700~4 000 m海拔高度下幼苗数量差异不显著，其他海拔之间差异显著。

      表 1  天然更新影响因子与幼苗数量

      Table 1.  Each influencing factor of natural regeneration and seedings density

      坡向海拔/mX1X2X3X4X5Y
      阳坡370075.12±2.79 a12.45±0.50 a10.38±0.14 c5.50±0.21 b8.38±0.46 a8.80±0.30 b
      380064.96±4.59 a12.36±0.33 a12.37±0.11 a8.05±0.31 a8.57±0.44 a6.20±0.64 b
      390069.65±3.16 a13.27±0.29 a11.25±0.14 b5.90±0.36 b8.52±0.43 a14.24±1.32 a
      400049.74±5.00 b11.06±0.42 c9.69±0.07 d3.74±0.20 c4.73±0.21 b5.40±0.83 c
      410049.52±3.42 b11.54±0.40 b8.60±0.20 e2.20±0.16 d4.38±0.37 b5.60±0.92 c
      420040.05±2.98 b11.11±0.24 c8.02±0.13 f1.28±0.13 e3.41±0.29 b0.83±0.11 d
      阴坡370065.16±1.05 a12.01±1.06 a8.72±0.21 b10.62±0.27 b9.31±0.18 a13.44±0.58 a
      380064.83±1.97 a12.04±0.44 a10.38±0.11 a10.06±0.18 b9.33±0.18 a11.61±1.54 a
      390060.16±2.11 a12.74±1.11 a10.46±0.14 a12.27±0.19 a9.54±0.16 a15.19±1.62 a
      400059.62±1.05 a11.99±0.79 a8.31±0.20 b4.30±0.14 d4.66±0.15 b11.40±0.75 a
      410059.25±1.29 a11.17±0.63 b7.58±0.21 c5.25±0.15 c4.55±0.15 b9.69±0.68 b
      420049.41±1.05 b10.68±0.51 c6.72±0.32 d2.51±0.13 e4.34±0.18 b5.00±0.90 c
      　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗密度　　　　　(株·m−2)。小写字母表示不同海拔间差异显著(P＜0.05)

      • 3.2.   急尖长苞冷杉天然更新影响因子相关性分析

    • 由相关性分析可知(表2)：阳坡种子带翅长度、种子千粒重、苔藓厚度、凋落物厚度、林分郁闭度等因子均与急尖长苞冷杉天然更新幼苗密度呈极显著正相关(P＜0.01))，说明这些因子可能有利于阳坡急尖长苞冷杉天然更新；同时各影响因子之间均存在极显著相关(P＜0.01)。阴坡林分郁闭度与急尖长苞冷杉幼苗密度相关性不显著，可能是阴坡光照较弱，相对比较湿润，林分郁闭度大小对急尖长苞冷杉天然更新影响较小；其他各因子与急尖长苞冷杉幼苗密度呈极显著正相关(P＜0.01)；阴坡林分郁闭度与种子带翅长度、种子千粒重之间相关性不显著，与苔藓厚度、凋落物厚度之间存在显著相关(P＜0.05)，其他各因子之间均存在极显著相关(P＜0.01)。阴坡林分郁闭度与种子带翅长度、种子千粒重之间相关性不显著，与苔藓厚度、凋落物厚度之间存在显著相关(P＜0.05)，其他各因子之间均存在极显著相关(P＜0.01)。

      表 2  天然更新影响因子与幼苗密度的相关性分析

      Table 2.  Correlation coefficients between each influencing factor of natural regeneration and seedings density

      坡向因子X1X2X3X4X5Y
      阳坡X11.0000.464**0.603**0.551**0.605**0.467**
      X21.0000.414**0.346**0.450**0.438**
      X31.0000.763**0.774**0.543**
      X41.0000.638**0.344**
      X51.0000.586**
      阴坡X11.0000.1980.2280.298*0.296*0.210
      X21.0000.547**0.541**0.492**0.390**
      X31.0000.787**0.755**0.579**
      X41.0000.945**0.612**
      X51.0000.509**
      　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗密度 (株·m−2)。*P＜0.05，**P＜0.01

      • 3.3.   急尖长苞冷杉天然更新影响因子通径分析

    • 通径分析可进一步明确各影响因子对急尖长苞冷杉天然更新幼苗效应的直接和间接作用。由表3可知：阳坡林分郁闭度对幼苗密度产生直接正效应，但贡献较小，决定系数仅为0.014。种子带翅长度与幼苗密度极显著正相关(P＜0.01)，即种子带翅长度对幼苗密度产生直接正效应，原因是急尖长苞冷杉种子带翅，有利于种子传播，可为幼苗繁育提供更多生存空间。种子千粒重与幼苗密度极显著正相关，通径分析认为其对幼苗密度产生显著的直接正效应，相对其他影响因子直接效应较大。原因是种子千粒重可以为天然更新提供丰富的种子库储备，有利于天然更新幼苗的发生。苔藓厚度与急尖长苞冷杉幼苗密度极显著相关，通径分析发现其对幼苗密度产生显著的直接负效应，但通过其他影响因子产生的间接正效应较大，因此总体表现为正效应。凋落物厚度对幼苗密度产生显著的直接正效应和间接效应，是影响阳坡急尖长苞冷杉天然更新幼苗生长的最关键因子。通过直接作用来看，阳坡各影响因子对幼苗密度发生的贡献大小依次为凋落物厚度、种子千粒重、苔藓厚度、种子带翅长度、林分郁闭度。利用SPSS统计分析软件进行多元回归分析，得到最优拟合回归方程：Y=−14.617+0.033X1+0.622X2+0.964X3−0.394X4+0.654X5 (R2=0.424)。

      表 3  天然更新影响因子与幼苗密度的通径分析

      Table 3.  Path analysis between each influencing factor of natural regeneration and seedings density

      坡向因子直接作用决定系数相关系数间接作用
      X1→YX2→YX3→YX4→YX5→Y合计
      阳坡X10.1180.014 0.467**　　 0.084 0.191 −0.135 0.208 0.348
      X20.1820.0330.438**0.0550.131−0.0850.1540.255
      X30.317*0.1000.543**0.0710.075−0.1870.2620.221
      X4−0.245*0.0600.344**0.0650.0640.2420.2190.590
      X50.343*0.1180.586**0.0710.0820.245−0.1560.242
      阴坡X10.0420.0020.2100.0030.0620.301−0.1980.168
      X20.0160.0000.390**0.0080.1480.546−0.3290.197
      X30.2700.0730.579**0.0100.0090.795−0.5050.309
      X41.010**1.0200.612**0.0130.0090.212−0.632−0.398
      X5−0.669*0.4480.509**0.0120.0080.2040.9541.178
      　　说明：X1为林分郁闭度(%)；X2为种子带翅长度(mm)；X3为种子千粒重(g)；X4为苔藓厚度(cm)；X5为凋落物厚度(cm)；Y为幼苗　　　　　密度(株·m−2)。*P＜0.05，**P＜0.01

      阴坡林分郁闭度对幼苗密度产生直接的正效应，但较其他影响因子贡献小。种子带翅长度对幼苗密度产生的直接正效应较小，但通过种子千粒重、苔藓厚度产生的间接正效应较大。种子千粒重与幼苗密度极显著正相关，说明阴坡种子千粒重同样有利于急尖长苞冷杉的天然更新。阴坡苔藓厚度对幼苗密度产生极显著的直接正效应，但通过其他影响因子产生间接负作用，总体表现为阻碍急尖长苞冷杉天然更新，因此在阴坡可以通过降低苔藓厚度来改善天然更新效果。凋落物厚度对幼苗密度有显著的直接负效应，但通过其他影响因子产生较大的间接正效应。原因在于凋落物阻碍了种子到达土壤，不利于种子的萌发，凋落物分解后可为种子萌发、幼苗建成提供必需的养分。通过直接作用来看，阴坡各影响因子对幼苗密度发生的贡献大小依次为苔藓厚度、凋落物厚度、种子千粒重、林分郁闭度、种子带翅长度，回归方程为：Y=1.309+0.015X1+0.074X2+0.819X3+1.254X4−1.229X5 (R2=0.448)。

    4.   讨论与结论

    • 天然更新是森林生态系统的重要组成部分，是多个因子相互综合作用的结果。本研究利用通径分析分解各影响因子作用，寻找影响急尖长苞冷杉幼苗天然更新的关键因子。研究发现：千粒重、苔藓厚度及凋落物厚度随海拔升高均呈现先增加后减小的趋势，阴坡与阳坡幼苗数量均先增大后减少，天然更新幼苗状况较好。川西高山林区云杉P. asperata、冷杉A. faxoniana的天然更新普遍不良，冷杉幼苗存活率不高，幼苗向幼树阶段过渡很难[23]。本研究中色季拉山急尖长苞冷杉天然更新幼苗较丰富，为其向幼树阶段过渡提供了数量储备。马姜明等[1]发现：川西亚高山暗针叶林恢复过程中，不同恢复阶段岷江冷杉幼苗、幼树及小树的整体变化规律趋于一致，林分环境对川西亚高山岷江冷杉尤其是藓类林的天然更新影响更加复杂。

      对5个影响因子的相关性研究发现：阴坡林分郁闭度与其他影响因子间为显著或不显著相关，其他影响因子之间无论在阴坡还是阳坡均呈现极显著相关，说明种子带翅长度、种子千粒重、苔藓厚度与凋落物厚度对幼苗密度的发生影响较大。阴坡林分郁闭度与幼苗密度相关性不显著，主要是阴坡光照不足，相对潮湿，有利于种子的萌发。阳坡林分郁闭度对幼苗密度产生直接正效应，但较其他影响因子贡献小；种子带翅长度对幼苗密度产生直接正效应；种子千粒重为显著直接正效应，且大于其他影响因子的直接效应；苔藓厚度对幼苗密度产生显著直接负效应，但通过其他影响因子产生总的间接正效应较大，因此一定程度抵消了其负效应；凋落物厚度与幼苗密度产生的显著直接正效应较大。因此阳坡各因子对幼苗密度发生的贡献大小依次为凋落物厚度、种子千粒重、苔藓厚度、种子带翅长度、林分郁闭度。阴坡林分郁闭度对幼苗密度产生直接正效应；种子带翅长度产生的直接正效应相对较小，但通过种子千粒重、苔藓厚度产生的间接正效应较大；种子千粒重与幼苗密度呈极显著正相关；苔藓厚度对幼苗密度产生极显著直接正效应，但通过其他影响因子产生间接的负作用较大，因此表现为较厚苔藓层阻碍急尖长苞冷杉天然更新作用。阴坡各因子对幼苗密度发生的贡献大小依次为苔藓厚度、凋落物厚度、种子千粒重、林分郁闭度、种子带翅长度。马姜明等[1]证实：过厚苔藓层对岷江冷杉天然更新有显著的抑制作用，降低苔藓厚度可有效改善其天然更新效果。原因在于林下植被的存在或阻碍种子到达土壤，或阻止幼苗向幼树的发生[24-25]。同时蔺菲等[26]也发现：没有苔藓层或苔藓层较厚均不利于植物的早期生长。过厚的苔藓层导致幼苗的成活率较低[27]。本研究中，阳坡苔藓层厚度为1.28~8.05 cm，阴坡为2.51~12.27 cm，阴坡苔藓层厚度普遍较高，因此总负效应也较大。

      色季拉山急尖长苞冷杉天然更新受多个影响因子共同作用；利用通径分析可找到影响阳坡与阴坡幼苗天然更新的关键因子，为全面研究色季拉山急尖长苞冷杉天然更新奠定基础。后续可深入研究各影响因子的作用机制，为进一步研究急尖长苞冷杉种群更新及其种质资源的保护提供理论依据。

参考文献 (27)

目录

  • 全文HTML

  • 1.   研究区概况
  • 2.   研究方法

  • 2.1.   样地设置

  • 2.2.   测量方法

  • 2.3.   数据分析

  • 3.   结果与分析

  • 3.1.   不同海拔高度影响因子对急尖长苞冷杉天然更新幼苗的影响

  • 3.2.   急尖长苞冷杉天然更新影响因子相关性分析

  • 3.3.   急尖长苞冷杉天然更新影响因子通径分析

  • 4.   讨论与结论

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