不同溫度下雌雄葎草營養(yǎng)生長期的生長特性

段 婧，劉金平

(西華師范大學(xué)生命科學(xué)院 西南野生動(dòng)植物資源保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 南充 637002)

葎草(Humulusscandens)又稱拉拉秧、拉拉藤，為桑科葎草屬雌雄異株植物，一年生或多年生草質(zhì)藤本。主要生長在荒山荒坡及溝邊、路旁、宅旁、荒廢區(qū)域，單優(yōu)勢種群。由于其適應(yīng)范圍廣、生長迅速、蔓延覆蓋力強(qiáng)，在荒坡溝壑的綠化中有極大的潛力[1]。葎草可作鮮嫩飼草、青貯和干粉飼料及飼料添加劑等，增加禽畜對環(huán)境的適應(yīng)能力，增強(qiáng)消化吸收機(jī)能[2-3]。葎草含葡萄糖苷、膽堿、鞣質(zhì)、揮發(fā)油、天門冬酰胺、草酮等化學(xué)成分，營養(yǎng)物質(zhì)和生物活性激素類物質(zhì)，促進(jìn)生長因子等成分，具有清熱解毒、消於利尿、抗菌消炎、健胃抑菌、抑制病毒等功能，有利于人和動(dòng)物的免疫力提高、疾病防治等[4]。同時(shí)，野生葎草為農(nóng)田和園林綠化的重要雜草，加強(qiáng)對野生葎草資源的研究，探討其生長、生理、生態(tài)特點(diǎn)，對雜草有效控制及“變廢為寶”式開發(fā)利用具有重要意義。

由于雌雄性別的分株表達(dá)，雌雄異株植物在環(huán)境脅迫下維持種群穩(wěn)定性的能力比其他植物更加薄弱，環(huán)境脅迫對雌、雄株光合作用能力、生物量分配、水分利用效率以及凋落物降解等方面的影響，是雌雄異株植物研究的熱點(diǎn)問題[5]，其中不乏溫度對雌雄植物脅迫方面的研究[6-7]。近年來，對雌雄異株草本植物的研究報(bào)道遠(yuǎn)少于木本植物。對喬、灌木的研究結(jié)果表明，環(huán)境脅迫對雌雄個(gè)體的生理、生態(tài)和生化的影響，引起性別間在生長、形態(tài)、生殖、分布以及抗逆性等方面表現(xiàn)出明顯的差異[8]，從而引起種群性比組成逐漸發(fā)生變化，種群繁殖能力下降，最終導(dǎo)致種群所在的生態(tài)系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。目前，關(guān)于葎草的研究主要集中在營養(yǎng)成分、藥物成分及飼喂效果評(píng)價(jià)方面[9-11]，對野生葎草種群的雌雄株形態(tài)、性比、生殖投入、種子活性等方面也進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究[12-14]。本研究采用構(gòu)件分析法，設(shè)置3個(gè)溫度梯度，通過測定雌雄葎草營養(yǎng)生長期的根、莖、葉等構(gòu)件數(shù)量與性狀的變化，研究雌雄株的營養(yǎng)生長持續(xù)期、構(gòu)件性狀及生物量分配對溫度響應(yīng)的性別差異，以期為脅迫環(huán)境下葎草種群形成、適應(yīng)度及種群擴(kuò)繁等研究奠定基礎(chǔ)，為雌雄異株植物資源保護(hù)利用、生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì) 試驗(yàn)在四川南充市進(jìn)行，該區(qū)屬典型的中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均溫17.4 ℃，最高溫40.1 ℃，最低溫-2.8 ℃，年日照時(shí)數(shù)1 266.7 h，平均有霜期僅13.7 d，年降水量1 020.8 mm。

以當(dāng)?shù)夭杉囊吧劜莘N子為材料，該植物種子難以區(qū)分性別，假定雌雄性比為1∶1。于2011年3月，采用高34 cm、口徑50 cm的塑料花盆，將河沙∶腐殖土以1∶1均勻混合作為基質(zhì)，按每盆10粒種子繁殖，共30盆。在25 ℃左右的室內(nèi)培養(yǎng)，期間進(jìn)行正常水分管理。3月下旬出苗后每盆按3株均勻定苗；1～2對真葉時(shí)，隨機(jī)10盆分為1組，分別移入15、20、25 ℃的人工氣候培養(yǎng)箱中，12 h光照/12 h黑暗進(jìn)行培養(yǎng)，光照強(qiáng)度為1 300 lx，相對濕度為32%。

1.2測定指標(biāo)與方法 營養(yǎng)生長期：從出苗到花序出現(xiàn)的持續(xù)時(shí)間。

葉的性狀及數(shù)量: 相同溫度處理組全部出現(xiàn)花序后，每組隨機(jī)選取雌、雄各3株(雌株花序?yàn)樗霠罨ㄐ?，雄株為圓錐花序)，測定葉片葉長、葉寬、單葉面積(坐標(biāo)低法)、總?cè)~片數(shù)，3次重復(fù)。

莖的性狀及數(shù)量：測葉性狀的同時(shí)，測定莖的節(jié)間長、莖直徑、最長莖長(直尺法)和分枝數(shù)，3次重復(fù)。

根的性狀：測定莖葉的同時(shí)，出盆沖洗泥土后測定根長。

鮮質(zhì)量與干質(zhì)量：清洗根、莖、葉，用吸水紙吸干，分別稱鮮質(zhì)量后，裝入信封，在105 ℃下烘至質(zhì)量恒定，測定干質(zhì)量。

生物量比例：各構(gòu)件生物量(干質(zhì)量)占單株總生物量(根、莖、葉的干質(zhì)量之和)的百分比。

1.3數(shù)據(jù)分析 用SPSS 16.0軟件進(jìn)行雙因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1溫度對營養(yǎng)生長持續(xù)期和葉性狀的影響 溫度對葎草營養(yǎng)生長持續(xù)期出現(xiàn)顯著影響(P<0.05)(表1)。在20 ℃處理下營養(yǎng)期最短，約為28 d，僅為25 ℃的營養(yǎng)生長持續(xù)期的一半左右。雌、雄株性別間差異顯著，在20 ℃時(shí)雌株先于雄株完成營養(yǎng)生長，而15、25 ℃時(shí)雄株先于雌株完成營養(yǎng)生長。方差分析表明，在性別間、溫度間及互作間，營養(yǎng)生長持續(xù)期均有顯著差異。

葎草雌雄株葉寬和單葉面積受溫度影響差異顯著(P<0.05)，性別間差異不顯著(表1)。葉長在性別間、溫度間差異均顯著。25、20 ℃下，雄株的總?cè)~數(shù)均略高于雌株。25 ℃時(shí)雌株的單葉面積大于雄株，在15、20 ℃時(shí)雄株單葉面積大于雌株；且雌株的單葉面積隨溫度升高先減小再增大，雄株無規(guī)律。葉長、葉寬、單葉面積在溫度與性別互作間差異均顯著。

2.2溫度對莖、根系性狀的影響 雌、雄株莖的分枝數(shù)、莖長度、莖直徑及節(jié)間長在溫度間差異顯著(P<0.05)，性別間除分枝數(shù)外，均差異不顯著(P>0.05)。分枝數(shù)和莖直徑在溫度和性別間的互作效應(yīng)顯著(表2)。所有溫度下，雌株分枝數(shù)均大于雄株。20 ℃時(shí)雌雄株分枝數(shù)均最少。隨溫度升高，雄株莖長度和節(jié)間長性狀顯著升高；雌株則沒有明顯的規(guī)律；雄株莖直徑性狀顯著下降，除15 ℃外且始終小于雌株，雌株無明顯的規(guī)律，僅20 ℃時(shí)莖直徑達(dá)到最大值。

表1 營養(yǎng)生長持續(xù)期及葉性狀對溫度響應(yīng)的差異Table 1 Duration of vegetative growth and leaf traits in response to temperature

表2 莖性狀及根性狀對溫度響應(yīng)的差異Table 2 Traits of stem and root in response to temperature

雌、雄株根長在溫度間、性別間及互作間均差異顯著(P<0.05)。隨溫度升高，雌株根長先增后降，但雄株根系則越來越長?？梢?，雌株的根系對溫度脅迫的抗性顯著高于雄株，這或許就是野生種群中雌雄性比失衡的主要原因。

2.3溫度對各構(gòu)件鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的影響 葎草雌雄植株根、莖、葉的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量在溫度和性別間均表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05)(表3)。雌株根、葉的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量在不同溫度水平下均顯著大于雄株，莖的鮮質(zhì)量和干質(zhì)量僅在20 ℃時(shí)小于雄株。雌、雄株根的鮮、干質(zhì)量均隨著溫度上升逐漸增大。雌雄株莖、葉則沒有類似的規(guī)律。各構(gòu)件的鮮質(zhì)量的溫度與性別互作效應(yīng)顯著。

2.4溫度對單株生物量及其構(gòu)成的影響 溫度對葎草雌、雄單株生物總量的影響差異顯著(P<0.05)。性別間生物總量差異亦顯著，雌株的生物總量大于雄株(表4)。隨著溫度升高，根的生物量比例逐漸增大，且雌株均大于雄株，增長幅度基本一致。莖、葉的生物量比例在性別間差異顯著。隨著溫度升高，雄株莖生物量比例逐漸增大；雌株莖生物量比例先降低再升高。隨著溫度升高，雌株葉的生物量比例先增后降，20 ℃時(shí)達(dá)到最大值；雄株葉生物量比例則逐漸降低，在25 ℃時(shí)與雌株基本持平。由此可知，雌雄株應(yīng)對不同溫度時(shí)，根莖葉生物量分配方式各不相同。隨著溫度上升雄株傾向于減少葉片的有機(jī)物含量，雌株則通過根的延伸以吸取更多的營養(yǎng)物質(zhì)為接下來的生殖生長提供物質(zhì)基礎(chǔ)。根、莖、葉的生物量分配的溫度與性別互作效應(yīng)顯著。

表3 構(gòu)件生物量對溫度響應(yīng)的差異Table 3 Component biomass in response to temperature

表4 生物量分配對溫度響應(yīng)的差異Table 4 Biomass distribution in response to temperature

3 討論與結(jié)論

雌雄異株植物生理和生態(tài)存在著性別差異，在生長、存活、生殖格局、空間分布等方面表現(xiàn)出明顯不同[15-17]，通常認(rèn)為雌株比雄株有更高的繁殖成本[18-19]。雌、雄株在營養(yǎng)生長期，對不同環(huán)境的應(yīng)對方式直接關(guān)系到種群的形成、性比、空間格局和種群的發(fā)展趨勢。據(jù)長期野外觀察發(fā)現(xiàn)，不同生境下葎草種群的營養(yǎng)期差異很大，在生境良好時(shí)，第1年只進(jìn)行營養(yǎng)生長，而不良生境條件下的種群，營養(yǎng)生長期很短，僅為50 d左右就轉(zhuǎn)入生殖生長[13]。本研究僅通過控制溫度單個(gè)生態(tài)因子，發(fā)現(xiàn)雌雄葎草對溫度的響應(yīng)存在著性別差異。溫度是控制植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)變的臨界因子。不同植物的成花各自有其一定范圍的溫度需求，溫度過低或過高都會(huì)抑制花的分化發(fā)育。依據(jù)本研究結(jié)果，可推斷出20 ℃是最接近葎草花器官發(fā)育的溫度。

植物的春季物候，如發(fā)芽、展葉、開花的時(shí)期主要取決于氣溫的高低[20]，果實(shí)或種子的成熟等主要取決于果實(shí)生長期的積溫[21]。本研究表明，溫度對葎草構(gòu)件數(shù)量、生物量結(jié)構(gòu)及繁殖策略均有顯著影響，并且雌雄個(gè)體表現(xiàn)出明顯的性別差異，雌株對溫度的響應(yīng)更敏感，特別在20 ℃時(shí)，雌株先于雄株進(jìn)入生殖生長階段為花序分化及種子發(fā)育奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。繁殖投資的不同也導(dǎo)致了雌、雄株的生長策略不同，雌性較于雄性由于繁殖方面的高資源投資降低了其營養(yǎng)生長[8]。本研究中，雌株在低溫條件下，由多分枝逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樯俜种蛘邿o分枝，莖矮壯、節(jié)間縮短，單葉面積小，根的生長加快變長，同時(shí)生物量分配上根的比例增大。但雄株的分枝數(shù)和單葉面積的變化較雌株小，尤其根系明顯小于雌株。可見，雄株與雌株在營養(yǎng)、水分、空間等資源的競爭處于劣勢，雌株的有效利用資源率明顯高于雄株。營養(yǎng)生長是植物生殖生長的基礎(chǔ)，溫度對營養(yǎng)期葎草雌雄株形態(tài)的影響必然會(huì)影響生殖生長以及葎草種群性比和種群空間分布。生殖生長與營養(yǎng)生長密不可分，本研究僅在形態(tài)水平上研究葎草雌雄株的差別，關(guān)于花、果實(shí)以及生理生化方面還有待進(jìn)一步研究。

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