抱茎并行菜生长节律及生殖配置研究

抱茎并行菜生长节律及生殖配置研究

干旱地区植物生长缓慢。植物利用早春雨水、融化的雪水提供的土壤湿度和一定温度，生长发育，在夏季炎热季节到来之前，植物群迅速完成了生活故事。短命植物是一类逃避干旱的中生植物,在我国集中分布在新疆北部准噶尔盆地的周缘,为春雨型早春短命植物。它包括一年生短命植物和多年生类短命植物两大类。新疆的一年生短命植物以十字花科植物种类最多。对其研究主要集中在其物候、生物生态学特性、解剖学特征及区系等方面,对其结实特性及生殖对策尚未见有报道。本文对十字花科短命植物抱茎独行菜(LepidiumperfoliatumL.)的生长节律、结实特性、生殖配置进行分析,为揭示其生活史和繁殖特性,探讨其在荒漠胁迫条件下的适应机理,进一步研究荒漠生态系统演化提供理论依据。1生殖配置测定以分布于乌鲁木齐附近荒漠上的抱茎独行菜为材料,于2002年分别选取20株有代表性的植株,观察开花物候,统计株高、分枝方式、分枝级数、开花数目、结果数目及花果的空间配置;在营养期、蕾期、花期、果期,将其根、茎、叶、花、果实分开,在69℃烘箱中烘24h,凉至室温后,称重,计算其生殖配置。生殖配置(reproductiveassign)用RA表示。RA=繁殖器官生物量/植株总生物量,生殖分配动态图按各物候时期植株各构件生物量占总生物量比例的变化绘制。2结果与分析2.1茎东南角缘叶的发育从种子萌发到抽茎现蕾前,只有呈羽状分裂的基生叶;待茎抽出,发育出互生的茎生叶。茎生叶自下而上由羽状分裂叶渐次变成抱茎的全缘叶。随着茎生叶的发育,基生叶依次枯黄,到盛花期(5月11日),基生叶全部枯死。2.2花的繁殖和繁殖抱茎独行菜为一年生草本植物,4月1～5日种子萌发出土,长出莲座状基生叶,4月15日茎抽出,茎生叶互生,茎的顶端即有花蕾,4月18日第一朵花开放,一朵花的开放时间为1～2d,5月9～16日达到盛花期。从4月20日第一个幼果出现,到5月23日茎顶仍有1～2朵花开放,此时为盛果期,6月初全株枯死,这时花基本上发育为果实。从物侯可以看出抱茎独行菜从种子萌发到死亡,整个生活史为60d左右,纯营养生长为15d,之后,营养生长和生殖生长并存;生殖时间早,持续时间相对较长,占整个生活史的3/4。繁殖时间是由遗传决定的,以适应不同的环境压力,如有较大的死亡危险,推迟种子产生就可能导致繁殖的彻底失败。很不稳定的环境适应于尽可能快的产生种子的植物。抱茎独行菜为中生植物,从种子萌发到植株的枯落,整个过程依存于干旱区春天较浅层的地表水分供应,当气温逐渐升高,蒸发加强,维持其生存的水分逐渐减少,植物也随之枯衰转变为新一代种子形态潜藏于荒漠,表现出其生活过程对地表水的极度依赖。2.3盛花期和盛花期对植物生长的影响从图1可以看出,抱茎独行菜从抽茎现蕾到盛花期,生物量增加不明显,基生叶的营养转化为茎、茎生叶及花蕾。盛花期(5月11日)之后是抱茎独行菜的高生长时期,此时气温回升较快,冰雪已融化,土壤中可利用水分充足,日照时间长,可满足植物高光效生产的需要,同时,较大的昼夜温差有利于光合产物的积累。因此,盛花期之后是短命植物高速生长的时期,也是迅速形成大量果实的时期。2.4抱茎由花和根植株构成植物体各种构件的空间布局总是以经济合理有效为原则。抱茎独行菜以主茎为主轴,上有3～6个一级分枝,再形成2级分枝,形成圆锥花序。抱茎独行菜第一花高4.5cm,集花区高18cm,第一果高9.2cm,最高果高22cm。抱茎独行菜的花序是总状花序,茎顶一直有花蕾形成。夏季来临,植株枯死时,茎顶仍有干枯的花蕾。一株高15～30cm的抱茎独行菜有花400～1000朵。每株形成短角果400～700个,一个短角果内平均有2粒种子,一个高约22cm的植株可结800～1400粒的种子。种粒小,直径约1mm。2.5抱茎：生长结实力和根的生长期a在自然界一次结实的草本植物,它的生殖部分一般占其净同化能量的20%～40%,多次结实植物则占每年净同化能量的20%以下。对20株抱茎独行菜所有构件逐一测量记录,得到了各构件在不同时期的生物量。图2中可看到抱茎独行菜的根、茎、叶、花、果、花序轴所占生物量比例与生长时间的关系。抱茎独行菜从20d开始开花结实,即开始生殖投入。之后,生殖投入迅速增加,到果熟期生殖分配的投入达到高峰,约为50.36%,高于一次结实的草本植物的生殖投入。在荒漠地带,低温和干旱对植物营养体的生存具有强大的压迫,营养生长只能局限于短促的生长季,于是塑造出短命和小型草本,一次结实,大量产生种子,来适应这种严酷的生境。抱茎独行菜的结实力高,可以提供大量有遗传差异的个体,为下一代获得成功提供较多的机会。抱茎独行菜的株高为14～25cm,在营养末期根长6～10cm,小于株高;之后植物进入营养生长与生殖生长并存时期,根在长度上再没有增加,根的生物量增加较缓。与张立运推测短命植物的根系浅藏的观点一致。从图2可以看出,抱茎独行菜根的配置在整个生殖期变化不大,说明抱茎独行菜根的配置达10%左右时,将营养主要投入到地上部分。短命植物将机体的有限物质,更多地为生殖服务而非用于形态建造,有助于缩短生长期,迅速完成发育、生殖,以最短生长时间结出下一代种子。这是适应荒漠中随时有可能出现干旱威胁,维持种的生存繁衍的重要方式。3抱茎小生长规律抱茎独行菜为短命植物,整个生活史为60d左右。物候节律快,生殖年龄小,持续时间长;生殖净投入高。抱茎独行菜种群在生殖上的投入的基本规律是:①抱茎独行菜的生殖净投入高,使其在短的生长时期尽可能多的产生成熟的种子,丰富其土壤种子库,为下一代获得成功提供较多的机会