多年生植物野慈姑(Sagittaria trifolia L.)不同授粉处理下的有性与无性繁殖策略

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繁殖是植物生活史与进化的核心问题,成功的繁殖与生存是植物在特定生境中具有竞争优势的关键。很多植物同时具有有性与无性两种繁殖方式,由于资源的有限性,为实现最大化的适合度,两种繁殖方式之间资源分配常呈现权衡关系。以往的很多研究表明外在的有机或无机环境会引起有性与无性繁殖分配的不同格局,但这并不能证明它们二者之间有直接的资源竞争。因此,直接对有性繁殖进行控制,再观察无性繁殖的响应,有利于剥离开复杂的环境因素,专注二者之间的直接资源权衡。本研究以野慈姑(Sagittaria trifolia)为研究材料,利用同一基因型的克隆分株,通过对花粉的数量(不授粉,半授粉,全授粉)与质量(自交,异交,半自半异)的控制,以期对有性繁殖进行直接的控制,进而观察有性繁殖的数量多寡与质量优劣对无性繁殖的资源投入的影响。结果显示,在授粉数量控制下,“全授粉”植株的座果率、果实总数和总种子数都显著大于“半授粉”植株,而“半授粉”植株的座果率、果实总数和总种子数又显著大于“不授粉”植株;在无性产出方面,恰好相反,“不授粉”植株的球茎总数,球茎总重,出苗个数都显著高于“半授粉”和“全授粉”处理,各处理下子代球茎的出苗率无差异。这表明在授粉数量控制下,有性与无性繁殖之间表现出直接的资源竞争。在授粉质量控制下,在有性繁殖产出方面:“全自交”处理的座果率显著高于“全异交”,导致其总果实数和总种子数也有更高的趋势。在无性产出方面,“全异交”植株的球茎总数则显著高于“全自交”植株;在球茎总重和出苗个数上,“全异交”处理的球茎总重和出苗个数亦有大于“全自交”处理的趋势。“半自半异”处理无论是在有性还是无性繁殖方面都居于两种处理的中间水平,各处理下子代球茎的出苗率也无差异。这说明了在花粉质量控制下,同样存在着有性与无性繁殖之间的资源权衡。此外,不同种群来源的植株繁殖水平存在显著差异,这表明不同种群间的地理环境差异使得特定种群存在本地适应性。不同的种群来源对授粉处理的响应也存在显著差异,这突出展现了野慈姑的表型可塑性,可以通过改变自身表型性状来适应异质化的环境。本文通过对野慈姑进行不同程度的授粉控制,达到了对有性繁殖的直接控制,进而揭示了有性与无性之间的直接资源权衡。这暗示着在农业生产上,可以根据实际需求,对存在资源权衡的功能之间进行人为促进或抑制,从而最大化产量。同时,在全球花粉限制越来越严重的情形下,有助于预测植物种群在花粉限制或恶劣环境下的表型响应,为物种的保护与利用提供了理论依据。
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