-
无性繁殖和克隆可塑性作为克隆植物特有的生活史性状[1],存在资源与能量的权衡制约[2-3]。生物量分配贯穿于克隆植物的整个生活史,并直观表达植物的生态对策,克隆表型及构件的生物量分配可对环境资源条件的变化做出可塑性响应,促使植物采取相应的适应策略以利用有限的资源,使生长与繁殖获得高度协调[4]。因此,克隆植物表型及生物量分配变化可反映植株在不同资源水平的生态适应性、生长与繁殖及资源储存策略。植物克隆性主要体现在多种类型的营养繁殖习性中,克隆分株的输出数量直接表征克隆繁殖能力的大小,而地下芽库的动态也与此密切相关[5]。研究发现:克隆植物地上器官的生产力和种群的更新主要依赖地下芽库[6],如芦苇Phragmites australis分株均由根茎芽萌发形成,根茎芽对分株的贡献率达100%[7]。光强和氮素是植物生长发育的重要限制因子,一定程度上影响植物的自然分布[8-10]。同时,植物亦会采取不同的策略适应光照和氮素的变化,其中,形态生长指标和生物量分配格局的改变是生态适应策略之一。如杉木Cunninghamia lanceolata幼苗通过形态可塑性适应不同光环境,提高生存适合度[11];而披针叶茴香Illicium lanceolatum分配较多的生物量于枝条和树干,以应对光强的降低[12];草珊瑚Sarcandra glabra通过改变营养器官的形态特征,依靠调节生物量的积累及分配来适应光强及氮素的变化[13]。芒萁Dicranopteris dichotoma生活史世代中以孢子体占绝对优势地位,借助根状茎完成克隆繁殖[14-15]。作为亚热带低山丘陵区退化植被的标志种之一,芒萁能够适应从暖性针叶群落下层遮光生境到次生裸地、从植被退化后土壤资源剩余到资源流失等多种生境,在马尾松Pinus massoniana、杉木等单优群落下层及杜鹃Rhododendron simsii灌草丛下层形成单优草本层片[16-17]。本研究在不同光照和氮素水平下,分析了芒萁克隆繁殖及各构件生物量分配的影响,以期为解释芒萁单优层片形成机制提供依据。
HTML
-
图1显示:随遮光程度增加,N0水平下克隆分株数在L1与L2处理间无显著差异(P>0.05),但显著高于L3处理(P<0.05),说明强度遮光降低芒萁克隆分株数量。N1与N0相比,各遮光处理下克隆分株数均显著增加(P<0.05),分别增加了124.7%(L1)、82.8%(L2)和53.8%(L3),3个遮光处理的克隆分株数从大到小依次为L1、L2、L3,且3个遮光处理间差异显著(P<0.05)。
无论施氮与否,根状茎芽数均在L2处理出现最大值,芽数由大到小依次为L2、L1、L3。N0水平下,根状茎芽数在L1与L3处理间差异不显著(P>0.05);N1水平下的根状茎芽数显著高于N0(P<0.05)。
-
由图2可知:分株株高随遮光程度增加呈不断增加的趋势,其中L1和L3处理下N1显著高于N0(P<0.05),L2处理下2种氮素水平之间差异不显著(P>0.05)。
在N0水平下,分株羽叶长在L1与L2处理间无显著差异(P>0.05),L3呈显著增大(P<0.05)的变化特征。N1水平下,分株羽叶长表现为L1显著高于L2和L3(P<0.05),且L2与L3的羽叶长几乎接近。N1与N0相比,L1分株羽叶长显著增加(P<0.05),L3显著减小(P<0.05),而L2无显著性变化(P>0.05)。就芒萁克隆分株羽叶宽变化而言,同一遮光处理下N0与N1处理无显著差异(P>0.05)。因此,芒萁克隆分株叶片形态对光照和氮素的响应,主要表现在羽叶长度的变化。
-
从表1可见:N0水平下,分株羽叶、茎、根状茎和细根以及地上部分与地下部分的鲜质量生物量均在L2出现最大值,且显著高于L1和L3(P<0.05),L1、L2和L3的根状茎鲜质量间均差异显著(P<0.05)。在L1和L2处理下,分株鲜质量生物量分配于细根、根状茎、茎、羽叶的大小顺序表现为先升后降再上升的变化,分别在根状茎和羽叶出现最大值。L3则表现为不断增加,在羽叶出现最大值。3种遮光处理下地上部分与地下部分鲜质量生物量之比从大到小依次为L3、L2、L1,比值大小分别为2.66±0.11、1.36±0.06、0.94±0.05,且差异显著(P<0.05),说明随着遮光程度的增加,芒萁将更多的能量或光合产物投资地上部分,其中对羽叶的投资显著高于茎,遮光程度较低时,芒萁将更多的能量或光合产物积累于地下部分,特别是地下根状茎。
氮素 光照 羽叶/g 茎/g 根状茎/g 细根/g 地上部分鲜质量/g 地下部分鲜质量/g 地上鲜质量/地下鲜质量 N0 L1 7.47±0.62 d 2.36±0.09 c 8.58±0.12 d 1.85±0.09 d 9.84±0.69 cd 10.43±0.22 d 0.94±0.05 d L2 17.03±1.26 c 3.41±0.09 b 11.97±0.28 b 3.03±0.02 c 20.45±1.29 b 15.00±0.30 b 1.36±0.06 c L3 6.86±0.46 d 2.42±0.12 c 2.06±0.05 f 1.41±0.03 e 9.28±0.56 d 3.47±0.07 f 2.66±0.11 a N1 L1 19.58±0.71 b 5.03±0.23 a 14.47±0.15 a 9.58±0.28 a 24.61±0.56 a 24.04±0.36 a 1.03±0.03 d L2 21.86±0.88 a 3.73±0.23 b 10.54±0.18 e 3.68±0.11 b 25.59±1.07 a 14.22±0.10 c 1.80±0.09 b L3 8.80±0.25 d 3.37±0.10 b 7.38±0.20 e 1.48±0.02 de 12.17±0.21 c 8.86±0.23 e 1.38±0.06 c 说明:同列不同字母表示同一器官不同处理间差异显著(P<0.05) Table 1. Fresh weight of each organ of D. dichotoma under different treatments
N1水平下,芒萁地上部分鲜质量生物量显著增大(P<0.05),地下部分鲜质量生物量除L2显著降低外(P<0.05),其余均显著增加(P<0.05),L2地下部分鲜质量生物量的降低主要在于根状茎鲜质量生物量的降低。随着遮光程度的增大,细根、根状茎、茎、羽叶生物量的变化均表现为先升后降再上升的规律,且均在羽叶出现最大值。
由表2可知:在N0水平下,除茎生物量干质量L3超过L1和L2外,羽叶、根状茎和细根以及地上部分与地下部分的生物量干质量以L2最大,地上部分超过地下部分。在N1水平下,羽叶、茎、根状茎和细根以及地上部分与地下部分的生物量干质量从大到小依次为L1、L2、L3,且不同处理间差异显著(P<0.05),L1和L2的地上部分与地下部分比值显著增加(P<0.05),L3降低但差异不显著(P>0.05)。无论施氮与否,芒萁植株各器官生物量干质量分配格局基本与鲜质量一致,即地上生物量超过地下生物量,其中地上部分以羽叶生物量高于茎,地下部分以根状茎高于细根。
氮素 光照 羽叶/g 茎/g 根状茎/g 细根/g 地上部分干质量/g 地下部分干质量/g 地上干质量/地下干质量 N0 L1 3.53±0.05 d 1.25±0.00 d 3.04±0.00 d 1.08±0.03 e 4.78±0.05 d 4.12±0.02 c 1.16±0.01 d L2 6.77±0.35 c 1.60±0.06 c 4.33±0.15 b 1.53±0.06 c 8.37±0.29 c 5.85±0.10 b 1.43±0.06 c L3 5.95±0.39 c 2.01±0.06 b 1.91±0.11 e 1.11±0.05 e 7.97±0.45 c 3.03±0.07 d 2.63±0.11 a N1 L1 12.82±0.22 a 3.11±0.10 a 5.09±0.05 a 2.70±0.04 a 15.93±0.20 a 7.80±0.04 a 2.04±0.02 b L2 9.33±0.42 b 2.04±0.04 b 3.96±0.14 c 1.84±0.07 b 11.37±0.42 b 5.80±0.17 b 1.97±0.09 b L3 6.54±0.15 c 1.59±0.04 c 1.92±0.04 e 1.28±0.02 d 8.13±0.12 c 3.20±0.05 d 2.54±0.07 a 说明:同列不同字母表示同一器官不同处理间差异显著(P<0.05) Table 2. Dry weight of each organ of D. dichotoma under different treatments
-
表3表明:光照、氮素以及交互作用对芒萁鲜质量和干质量生物量分配均产生显著影响。光照除对茎鲜质量的影响达到显著外(P<0.05),其余器官均达到极显著水平(P<0.01)。光照和光照×氮素对分株数有显著影响(P<0.05),对株高具有极显著影响(P<0.001);氮素对分株数和株高无显著影响(P>0.05);芽库大小均受光照、氮素及其交互作用的极显著影响(P<0.001);光照、氮素及其交互作用对分株羽叶的长与宽均未达到显著程度(P>0.05)。
参数 光照 氮素 光照×氮素 分株数 5.5* 0.7 4.3* 芽数 513.0*** 1267.6*** 104.0*** 株高 53.1*** 2.2 38.2*** 叶长 1.0 0.8 1.8 叶宽 0.0 0.1 0.4 羽叶鲜质量 37.7*** 35.5*** 7.1*** 茎鲜质量 5.5* 37.2*** 10.2** 根状茎鲜质量 316.8*** 173.7*** 87.8*** 细根鲜质量 197.4*** 257.7*** 195.9*** 地上部分鲜质量 37.7*** 46.1*** 9.4** 地下部分鲜质量 434.4*** 362.4*** 168.5*** 羽叶干质量 17.1*** 103.2*** 38.0*** 茎干质量 33.0*** 60.8*** 68.7*** 根状茎干质量 115.1*** 18.9** 30.2*** 细根干质量 46.6*** 106.7*** 47.8*** 地上部分干质量 26.9*** 138.2*** 61.1*** 地下部分干质量 223.4*** 103.2*** 90.0*** 说明:*P<0.05;**P<0.01;***P<0.001 Table 3. F-value and significance analysis of light intensity and nitrogen level on each parameter of D. dichotoma
-
由表4可知:不同光照和氮素处理下芒萁各器官含水量不同。N0水平时,地上部羽叶和茎含水量均在L2最大,L3最小,且显著小于L1和L2(P<0.05);地下部分根状茎和细根同样表现为L3显著低于L1、L2(P<0.05)。N1与N0相比,地上部分器官含水量除L3显著升高外(P<0.05),其余均有所降低;根状茎含水量表现为L1、L2变化不显著(P>0.05),L3显著升高(P<0.05);细根含水量表现为L2无显著变化,L1显著升高(P<0.05),L3显著降低(P<0.05)。
氮素 光照 羽叶含水量/% 茎含水量/% 根状茎含水量/% 细根含水量/% N0 L1 51.58±0.04 b 47.01±0.02 ab 64.49±0.01 b 41.24±0.03 c L2 60.00±0.01 a 52.39±0.03 a 63.74±0.02 b 49.59±0.02 b L3 13.08±0.03 e 16.30±0.02 d 7.33±0.04 c 20.89±0.04 d N1 L1 34.35±0.01 c 37.55±0.03 c 64.76±0.01 b 71.61±0.01 a L2 57.35±0.00 ab 44.58±0.03 bc 62.46±0.01 b 49.98±0.02 b L3 25.53±0.01 d 52.82±0.02 a 73.89±0.01 a 13.54±0.00 e 说明:同列不同字母表示同一器官不同处理间差异显著(P<0.05) Table 4. Moisture content of each organ of D. dichotoma under different treatments
由表5可知:N0水平时,L3处理的羽叶和茎干生物量分配比例显著高于L1、L2处理(P<0.05),但根状茎和细根干生物量分配比例显著低于L1、L2(P<0.05)。
氮素 光照 羽叶分配比例/% 茎分配比例/% 根状茎分配比例/% 细根分配比例/% N0 L1 39.69±0.00 dA 14.00±0.00 bC 34.20±0.00 aB 12.12±0.00 aD L2 47.48±0.02 cA 11.29±0.01 cC 30.44±0.01 bB 10.79±0.01 abC L3 54.00±0.01 bA 18.37±0.00 aB 17.36±0.00 dB 10.31±0.01 cC N1 L1 54.00±0.00 bA 13.13±0.00 bC 21.47±0.00 cB 11.40±0.00 abD L2 54.27±0.01 bA 11.92±0.00 cC 23.12±0.01 cB 10.70±0.00 abC L3 57.71±0.01 aA 14.01±0.00 bC 17.00±0.00 dB 11.30±0.00 abD 说明:不同小写字母表示各器官干生物量分配比例在不同处理间差异显著(P<0.05);不同大写字母表示同一处理下各器官干生物量 分配比例差异显著(P<0.05) Table 5. Biomass distribution ratio of each organ of D. dichotoma under different treatments
N1与N0相比,各遮光处理下羽叶生物量分配比例显著增加;茎生物量分配比例除L3显著降低外(P<0.05),其余均变化不显著(P>0.05);L1、L2处理下根状茎生物量分配比例显著降低(P<0.05),细根无显著变化(P>0.05),L3根状茎生物量分配比例无显著变化(P>0.05),细根显著升高(P<0.05)。同一处理下,各器官的生物量干质量分配比例均表现为羽叶显著高于根状茎(P<0.05),根状茎显著高于茎和细根(P<0.05)。