青藏高原东缘高寒草甸植物种子的萌发行为及其对环境因素的响应

来源 :兰州大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:nihaohaoya
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作为植物生态学中重要的研究领域之一,种子的萌发行为一直是备受关注的研究热点。萌发行为的变异是植物对生物与非生物环境可预测性的一种功能性响应。萌发的时间与水平不仅强烈的影响着物种建植成功的可能性及其在环境中的地理分布,而且对于促进群落中的物种共存起到关键作用。萌发过程作为在整个生活史中最为关键的阶段,具有承上启下的功能。一方面种子承载着来自亲本的遗传信息并具有母本环境的深刻烙印,另一方面种子还联结着萌发后的生长发育过程。近年来国内外学者开展了大量有关种子萌发的研究工作,但针对青藏高原高寒草甸植物种子萌发行为的研究则相对较少,并存在以下重要问题亟待解决:首先,有关高寒草甸物种的萌发行为对温度变化响应的方式尚不明确;其次,种子的萌发行为是多因素协同作用的结果,很多研究探讨单一因素对萌发行为影响,忽视了系统发育因素、环境因素及生活史因素在影响种子萌发行为方面的内在联系;第三,探讨物种分布与萌发行为间的关系可以为预测群落动态提供有益参考,但针对高寒地区植物群落的研究比较罕见。因此,本研究选取青藏高原东缘高寒草甸为研究区,选择202种具代表性的常见植物的种子,采用理论分析与实验验证相结合的方法,根据区域环境温度变化趋势,设置5个萌发温度处理开展萌发实验,并结合物种的系统发育特征及生活史特征,运用线性模型及最新的系统发育分析方法,探讨系统发育、生活史因素对植物种子萌发行为的影响及萌发行为对环境条件变化的响应,以期通过深入了解高寒草甸物种的萌发行为,为青藏高原东缘地区植物保护及群落维持提供理论基础。主要研究结果与结论如下:(1)青藏高原东缘高寒草甸植物群落中,各系统发育分类单元间(目、科)的萌发率、萌发时间差异显著,目分类能够独立解释平均萌发时间变异的7.6%,且萌发率、平均萌发时间及萌发行为在各温度处理下的可塑性均具有显著的系统发育信号,表明该群落中种子萌发行为的进化具有系统发育的保守性;(2)植物的生活史特征,如生活史周期、种子大小、扩散类型与扩散时间、花期等均能显著的影响种子的萌发特征,但对平均萌发时间的影响较小,生活史周期、种子大小、扩散类型分别能够独立解释平均萌发时间变异的0.8%、1.0%和0.9%;系统发育与生活史特征具有显著的交互作用,校正系统发育影响后,生活史周期、种子大小、扩散类型对平均萌发时间的影响显著;(3)在青藏高原东缘高寒草甸植物群落中,温度是决定平均萌发时间种间变异最重要的影响因素,能够独立解释平均萌发时间变异的12.8%,且高寒草甸植物种子的萌发行为对温度变化响应具有差异。当萌发温度升高时,大多数高寒草甸植物表现出平均萌发率增加、平均萌发时间缩短的特征,5/25℃,10/20℃,10/25℃C处理下的平均萌发率比5/20℃分别增加5.89%、2.29%和2.37%,且5/25℃C,10/20℃,10/25℃处理下的平均萌发时间比5/20℃分别缩短0.56天、2.39天和2.11天;(4)温度对萌发行为的影响与其他因素无显著的交互作用,且萌发时间对环境温度变化的响应不受其他生活史特征的影响,表明在萌发过程中,温度对萌发时间的调控具有相对独立性(5)当种子在较高温度下萌发时,萌发过程中真菌侵染导致的种子死亡率增加,推断高温环境中种子的高死亡率可能会对种子的萌发行为产生选择压力,即当温度升高时种子死亡机率增加,则多数种子倾向于选择萌发,这可能是导致种子在相对较高的环境温度中表现出高萌发率的一种内在机制;(6)科水平上,当萌发温度变化时,菊科和禾本科种子萌发率的变异最小表现出“稳定萌发对策”,表明菊科和禾本科物种在更新阶段就已经具有竞争上的优势,这也可能是青藏高原高寒草甸植物群落中,禾本科和菊科物种占据优势地位的原因之一;(7)作为母本效应的体现,采集生境显著的影响种子的萌发行为,能够独立解释平均萌发时间变异的3.9%,采集自阳坡的种子平均萌发率比采集自阴坡、灌丛、滩地的种子平均萌发率分别高2.28%、10.62%和16.99%,采集自阳坡的种子平均萌发时间比阴坡、灌丛、滩地的种子分别短0.80天、4.94天和3.94天此外,生活史特征与生境类型间具有显著的交互作用,表明生境可能通过影响生活史特征(如种子大小、扩散类型)作用于萌发过程;(8)贮藏时间显著影响种子的萌发行为,多数物种在贮藏7年后萌发率大幅降低,但短期贮藏(1-5年)对萌发行为的影响具有种间差异;(9)高海拔分布种(仅在>≥2000m以上分布)与>和<2000m均有分布的物种的平均萌发时间无明显差异,分别为13.39天和13.26天,但二者平均萌发率差异显著,分别为45.16%和40.62%,不支持地理分布范围与萌发生态位间呈正相关的观点;(10)在青藏高原高寒草甸植物群落中,系统发育与生活史性状、系统发育与环境因素、生活史性状与环境因素在决定种子萌发行为的过程中具有强烈的相关作用,种子的萌发行为与种子的其他特征作为统一整体而共同进化。
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