【摘 要】
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东亚地区是极具代表性的芦苇(Phragmites austrilis(Cav.)Trin.ex Steud.)多样性中心。在中国,芦苇种群主要由两个不同地理学来源的芦苇群体组成(单倍型O型、单倍型P型)。为探究两种芦苇在生长和生理上的表现差异,本研究立足山东省黄河三角洲,通过前期采样及非编码叶绿体DNA(cpDNA)检测对两种芦苇进行区分并应用于温室种植实验。并在温室实验中,对当地优势植物芦苇主要
【基金项目】
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国家自然科学基金:基于生境多样性与多维度生物多样性级联调控的黄河三角洲生态系统多功能性驱动机制研究(No.31970347); 国家自然科学基金:基于表观遗传变异和表型可塑性的芦苇生态分化与适应性进化机制(No.31770361);
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东亚地区是极具代表性的芦苇(Phragmites austrilis(Cav.)Trin.ex Steud.)多样性中心。在中国,芦苇种群主要由两个不同地理学来源的芦苇群体组成(单倍型O型、单倍型P型)。为探究两种芦苇在生长和生理上的表现差异,本研究立足山东省黄河三角洲,通过前期采样及非编码叶绿体DNA(cpDNA)检测对两种芦苇进行区分并应用于温室种植实验。并在温室实验中,对当地优势植物芦苇主要的两个单倍型种群(单倍型O、单倍型P)及种群其所处的盐环境(盐水浇灌处理0%、1%、2%)、与互花米草(Spartina alterniflora)共同生长并竞争的野外生存情况进行模拟。结果表明,在为期100天的处理后,单倍型O型芦苇在形态学、生物量积累、无性繁殖及叶片生理等方面产生了较单倍型P型芦苇更优的表现,但添加互花米草竞争这一因素使单倍型P型芦苇在某些指标上与单倍型O型的差距变小。具体如下:在形态上,单倍型O型芦苇获得了相较于单倍型P型芦苇更大的株高和叶片数,两种芦苇的基径差异不大,相对生长速率则是单倍型P型较高。盐胁迫造成株高下降较多,而竞争引起相对生长速率的增大。结果说明了单倍型O型芦苇在形态上更具优势,在收获时以趋于成熟,在生长前期快速伸长以获得更好的光条件,而叶片数的增加扩大了植物可用于光合作用的面积;而结合第五章的叶片酶活性分析,可以得出单倍型P型芦苇在收获时有更高的生产力。两种芦苇均通过提高相对生长速率在竞争中保持优势。在生物量累积和分配策略上,单倍型O型芦苇表现出相较于单倍型P型芦苇更多的生物量累积,表明其具有更大的生产力和更强的耐盐性。但值得关注的是,竞争的添加缩小了两种单倍型芦苇在生物量累积上的差距,这间接说明了单倍型P型具有与互花米草共存时更强的竞争力。生物量累积在盐胁迫的影响下减小,分配在竞争影响下产生差异。在面对互花米草竞争时,单倍型O型芦苇更多的茎生物量分配与较高的株高有关,通过茎的伸长获得更多的光照,从而提升光同化作用;而单倍型P型芦苇较高的根生物量分配表明了其在竞争压力下倾向于通过提升对养分、水的吸收,从而提升自身的竞争能力。在繁殖特性上,单倍型O型芦苇表现出相较于单倍型P型芦苇更强的无性繁殖能力;同样,竞争的添加也缩小了两种单倍型芦苇在无性繁殖上的差距。分株数受盐胁迫的影响主要体现在生长的后期,表明在资源充足时,两种芦苇的克隆繁殖受盐分的影响较小。叶片生理特征上,单倍型O型芦苇表现出更大的维持叶绿素和光合作用积累碳水化合物的能力,同时具有更高的某些生理特性值,包括光合作用,蒸腾作用,水分利用效率和氮含量。本研究中的单倍型O型芦苇表现出相较于单倍型P型更高的生理特征值和更强的生理响应,表明了其较强的生长能力和耐盐性。而在应对互花米草竞争时,单倍型P型芦苇的众多生理指标在盐胁迫的影响下变化较小,这种响应有利于植株的稳定生长。互花米草的在生长和繁殖上的表现说明了两种单倍型芦苇对互花米草生长的抑制,并从侧面反映两种单倍型芦苇的竞争能力。结果说明了单倍型O型芦苇在生长和生物量积累上对互花米草的抑制,而单倍型P型芦苇主要从繁殖上对互花米草产生限制。在应对盐胁迫时,两种芦苇通过维持叶片数、比叶面积、叶片氮磷来保证光合面积和生理过程所需的物质投入,并在高盐胁迫下通过更高的叶绿素含量及叶绿素荧光来调节和维持光合生产能力。在这些对盐胁迫响应的关键功能性状上,单倍型O型芦苇的表现绝大部分优于单倍型P型芦苇。在应对互花米草的竞争时,两种芦苇均通过维持较高的形态生长来保证对资源的获取及定植能力;并通过叶片数和叶片磷含量的增加补偿竞争造成的光合作用减弱。本研究中,单倍型O型芦苇表现出了较强的生长能力及对盐胁迫的耐受能力;这与在野外观测到的单倍型分布规律相吻合,即单倍型O型的相关基因型多发生在盐影响最高的区域,单倍型P型的相关基因型发生在盐影响最低的区域。在本研究的采样环节中,野外条件下与互花米草共同生长的芦苇群落均为单倍型P型。但在与互花米草的竞争中,单倍型P型芦苇较单倍型O型芦苇受到竞争的影响更小,并从繁殖上对互花米草产生抑制。耐盐性和竞争能力可能分别成为两种芦苇在应对黄河三角洲复杂动态环境时种群留存的关键。
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