四种紫堇属植物种子特征对种子掉落频率的影响

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蚂蚁与植物之间的互惠共生关系是自然界普遍存在的现象。许多植物的种子依靠蚂蚁得以散布,这些植物被称为蚁播植物(Myrmecochore)。种子的散布有助于植物的繁衍、迁移与扩散。所以种子散布是植物生活史过程中的重要阶段,它连接植物繁殖与建群,是决定大多数植物占领新生境的关键过程之一,其中种子散布者对种子散布位置和种子命运起着重要的作用。典型蚁播植物种子含有油质体,蚂蚁被油质体吸引,将具油质体的种子搬运至蚁巢,蚂蚁在蚁巢内取食油质体,随后将一部分完整的种子抛出蚁巢,种子在合适的环境下萌发并建群。在这个过程中,蚂蚁取食油质体获得食物资源,而植物的种子在此过程中得以散布。整个散布的过程受生物因素和非生物因素影响。其中生物因素主要为传播体的适应性特征,蚂蚁的种类,蚂蚁的行为与觅食策略以及其他捕食者的影响。非生物因素主要表现在为光、温度和微生境等。本文以紫堇属(CorydalisDC.)(罂粟科Papaveraceae)巴东紫堇(C.hemsleyana Franch.exPrain)、川东紫堇(C.acuminata Franch.)、地锦苗(C.sheareri S.Moore f.shearei)和大叶紫堇(C.temulifolia Franch.ssp.temulifolia)为实验材料。通过比较不同植物物种传播体特征、蚂蚁特征、搬运速率和搬运距离,研究了蚂蚁对四种紫堇属植株种子散布时掉落频率的影响以及种子掉落频率对不同种子散布方式的意义。以期为蚂蚁与植物之间互惠共生关系研究提供资料,为植物群落物种多样性保护及管理提供科学理论依据。主要研究结果如下:1.种子特征和蚂蚁种类影响种子在搬运过程中的掉落频率。地锦苗种子掉落频率为2.33%(n=44),川东紫堇种子的掉落频率为4.76%(n=44),大叶紫堇种子掉落频率为7.41%(n=54),巴东紫堇种子掉落频率17.39%(n=54)。种子掉落频率随着地锦苗、川东紫堇、大叶紫堇、巴东紫堇逐渐增高。巴东紫堇种子近圆形,大小(长×宽×厚)1.98×2.07×1.34 mm(n=50,下同),表面光滑,黑色,具光泽,油质体大、不规则;大叶紫堇种子近圆形,大小1.61×1.74×1.07 mm,表面光滑,黑色,具光泽,油质体大、不规则;川东紫堇种子近圆形,大小1.39×1.52×0.96mm,表面光滑,黑色,具光泽,油质体小、近卵形;地锦苗种子扁圆形,大小0.96×1.20×0.67 mm,表面具少数疣状突起,黑色,具光泽,油质体大、不规则。种子适应性特征与掉落频率的相关性分析表明,种子掉落频率与种子重量(具油质体)、种子重量(去油质体)、油质体质量呈强的正相关关系(分别为Spearman Correlation,r=0.966,P=0.034;Spearman Correlation,r=0.953,P=0.047;Spearman Correlation,r=0.982,P=0.018)。而掉落频率与种子大小,即长、宽、厚和油质体质量比没有相关性。蚂蚁大小分析表明,大头蚁sp.、耶氏立毛蚁、玉米毛蚁的蚂蚁总长、韦伯长度、头最大宽度在种类上存在显著性差异(分别为ANOVA df=2,12;F=35.971,P=0.000;ANOVAdf=2,12;F=76.062,P=0.000;ANOVA df=2,12;F=56.296,P=0.000)。但组间多重比较分析表明,玉米蚂蚁的韦伯长度和头最大宽度与其他2种蚂蚁有显著性差别(LSDP=0.000;P=0.000),而大头蚁sp.、耶氏立毛蚁的韦伯长度和头最大宽度没有显著性差别(LSD P=0.940;P=0.751)。2.种子前散布方式(重力散布、弹力散布)影响蚂蚁对种子的散布距离和搬运效率。巴东紫堇和川东紫堇种子前散布为弹力散布。地锦苗和大叶紫堇种子前散布为重力散布。巴东紫堇种子弹力散布的平均距离为49.94cm(n=355),最大弹射距离为214.09cm。川东紫堇种子弹力散布的平均距离为60.43cm(n=369),最大弹射距离为248.22cm。巴东紫堇和川东紫堇大部分种子的弹力散布距离在100cm之内,所占比例分别为92.96%和81.30%。而弹射距离超出100cm的种子所占比例分别为7.04%和18.70%。川东紫堇种子弹射距离大于巴东紫堇种子弹射距离。蚂蚁对地锦苗种子的搬运速率为243.8颗/d(n=5),蚂蚁对大叶紫堇种子的搬运速率为138.4颗/d(n=5),蚂蚁对地锦苗种子的搬运速率为135.4颗/d(n=5),蚂蚁对地锦苗种子的搬运速率为80.8颗/d(n=5)。随着地锦苗、大叶紫堇、川东紫堇、巴东紫堇,蚂蚁对不同紫堇属植物种子的搬运速率逐渐降低。
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