海濱沙地單葉蔓荊匍匐莖對沙埋適應(yīng)的生長對策

周瑞蓮, 楊樹德, 左進(jìn)城, 王艷芳, 李其芳, 胡德昌

魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 煙臺 264025

海濱沙地單葉蔓荊匍匐莖對沙埋適應(yīng)的生長對策

周瑞蓮*, 楊樹德, 左進(jìn)城, 王艷芳, 李其芳, 胡德昌

魯東大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 煙臺 264025

單葉蔓荊(Vitextrifoliavar.simplicifoli)是一種耐鹽、耐旱固沙地被植物。依據(jù)海濱沙地自然沙埋特點(diǎn)對單葉蔓荊匍匐莖進(jìn)行了不同厚度(半埋和全埋)和不同長度交叉沙埋處理，研究探討了單葉蔓荊沙埋適應(yīng)生長對策，為其開發(fā)利用、科學(xué)管理和海濱環(huán)境修復(fù)提供指導(dǎo)。結(jié)果表明，正常情況下，單葉蔓荊匍匐莖基部和中部生長緩慢，頂部生長快。輕度(沙埋匍匐莖基部)和中度(沙埋匍匐莖基部和中部)半埋和全埋使匍匐莖頂部生長加速，莖長增長量較對照高出1.5到3.1倍；但重度(沙埋整個(gè)匍匐莖)半埋和全埋使匍匐莖頂部凈增長量減少12% 和13%。在20d沙埋中，對照整個(gè)匍匐莖各段均無不定根長出，但不同程度半埋和全埋沙埋處理下沙下匍匐莖上均長出不定根，重度半埋使不定根生長受抑；同時(shí)匍匐莖上各段莖生物量上升，枝葉生物量下降，且隨著沙埋程度的增加而增減幅度提高，在重度半埋和全埋達(dá)到最大。在輕度和中度半埋和全埋下，匍匐莖上未沙埋部位枝條生長加速。研究表明，在自然環(huán)境中，單葉蔓荊匍匐莖頂端是一個(gè)對環(huán)境變化反應(yīng)敏感的部位，并與沙埋后單葉蔓荊莖延伸生長和植株能否生存密切相關(guān)。當(dāng)匍匐莖頂部沒被沙埋時(shí)，沙埋促進(jìn)沙埋部位匍匐莖和枝葉中物質(zhì)轉(zhuǎn)移，加速匍匐莖頂部快速生長和物質(zhì)積累以彌補(bǔ)沙埋帶來的損傷維持物質(zhì)和能量的代謝平衡。沙埋后，單葉蔓荊以莖頂端快速生長、形成不定根、枝條生長維持莖水分平衡和能量和物質(zhì)代謝平衡，以快速生長擺脫沙埋影響的生長方式為其對沙埋環(huán)境的重要適應(yīng)對策。因此，在海岸沙地單葉蔓荊種群管理和維護(hù)中，在強(qiáng)風(fēng)移沙引起的重度沙埋后，及時(shí)剝離匍匐莖頂部沙子對維護(hù)單葉蔓荊種群的延續(xù)生存和擴(kuò)散均有重要作用。

單葉蔓荊; 生長對策; 匍匐莖; 沙埋; 不定根

海岸帶是陸、海、氣3種介質(zhì)相互交換、相互作用的地帶，其相互作用產(chǎn)生了海岸風(fēng)沙[1]，形成了景色宜人的海岸沙灘。長期以來由于挖砂(偷挖)、不合理工程、較多沙灘的濱后植被帶被破壞，海岸沙灘生態(tài)系統(tǒng)受到損傷。恢復(fù)濱海沙灘生態(tài)環(huán)境維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)平衡已受到許多發(fā)達(dá)國家和我國沿海地區(qū)的高度重視[2]。選擇合適的耐沙埋先鋒植物將有助于加快沙灘環(huán)境的治理和海岸植被的恢復(fù)，揭示海岸植物耐沙埋的適應(yīng)機(jī)制可為篩選海岸沙灘種植植物和海岸沙地植被建設(shè)和管理提供理論參考和實(shí)踐依據(jù)。

單葉蔓荊(Vitextrifoliavar.simplicifolia)又名蔓荊子,系馬鞭草科牡荊屬落葉小灌木。研究發(fā)現(xiàn)單葉蔓荊是一種新的地被防風(fēng)固沙、沙荒綠化的先鋒植物[3]。種植單葉蔓荊能有效地控制沙地風(fēng)沙流動，防止風(fēng)沙向有林地帶侵蝕，使土壤養(yǎng)分提高，并認(rèn)為該植物具有極好的抗逆性，能夠在灘涂、沙灘綠化中擔(dān)任主角[4- 8]。海岸邊風(fēng)大，沙多，經(jīng)常發(fā)生的沙埋是許多植物不能在海岸沙灘上生存的主要限制因子，也是控制沙生植被分布和組成的重要因素[9]。但單葉蔓荊為何能適應(yīng)沙埋生長呢? 適應(yīng)沙埋生長的策略是什么？目前尚不清楚。

有研究發(fā)現(xiàn)，沙生植物長期對沙漠環(huán)境的適應(yīng)已進(jìn)化了特有的生長發(fā)育習(xí)性[10- 12]。如，油蒿(Artemisiaordosica)、檸條(CaraganakorshinskiiKom)[13]、無芒雀麥(BromusinermisLeyss)[14], 沙拂子茅(Calamovilfalongifolia)[15]、籽蒿(Artemisiasphaerocephalakrasch)與油蒿[16]種子在1—2cm的沙埋深度也有高的出苗率，因?yàn)闇\深度的沙埋能在種子周圍維持一定的濕度，保護(hù)種子和幼苗免得變干[17- 20]。一定程度的沙埋可以促進(jìn)砂生槐(Sophoramoorcroftiana)萌蘗的更新和小葉錦雞兒(CaraganamicrophyliaLam)地上莖葉和地下根系的生長和生物產(chǎn)量的提高[21- 23]。對一些沙漠半灌木，如沙拐棗(Calligonummongolicunl)、紅柳(TamarixramosissimaLedeb)、駱駝刺(AlhagisparsifoliaShap)、沙柳(Salixcheilophila)、麻黃(Ephedraequisetina)、沙蒿(ArtemisiadesterorumSpreng)、白刺(NitrariaschoberiL)的研究發(fā)現(xiàn)，沙埋產(chǎn)生的細(xì)沙顆?？商岣呱硨羽B(yǎng)分含量和持水能力。沙埋可增加植株的穩(wěn)定，減輕植物在風(fēng)力作用下不斷搖擺，從而有利于植物生長。適度沙埋可促使植物生長不定根，增加植物的養(yǎng)分供應(yīng)和促進(jìn)植物的生長[10，23- 28]。同時(shí)指出沙生植物已形成的某些機(jī)制是其適應(yīng)沙埋的關(guān)鍵[24- 28]。但目前沙埋對植物生長影響的研究主要集中在種子萌發(fā)生長，并且研究多集中于內(nèi)陸干旱沙漠地區(qū)小半灌木和沙生植物，而對生活在海岸帶沙灘上的植物，在不斷經(jīng)歷著海上強(qiáng)勁風(fēng)引起的砂粒移動，并反復(fù)被沙埋情況下是如何維持生長的，目前國內(nèi)外鮮有報(bào)道。

本文選擇了煙臺海濱優(yōu)勢植物單葉蔓荊，擬通過研究不同沙埋下，其匍匐莖、不定根、枝條(直立莖葉)生長動態(tài)和干物質(zhì)積累動態(tài)，探討單葉蔓荊抗沙埋生長的適應(yīng)對策，為單葉蔓荊開發(fā)利用、科學(xué)管理和海濱環(huán)境修復(fù)提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然概況

試驗(yàn)分別在2010和2011年的夏季6—8月，在煙臺市夾河帶東部海岸沙灘上進(jìn)行。煙臺市地處山東半島中部，位于東經(jīng)119°34′—121°57′，北緯36°16′—38°23′。該地區(qū)屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均降水量為651.9 mm，主要集中在7—8月，占年降雨量的49%；年平均氣溫11.8 ℃，最熱月為8月(24.6 ℃)，歷年極端最高氣溫38.4 ℃，土壤pH值為4.22—6.79。海岸沙灘土壤多為風(fēng)沙土。年平均風(fēng)速內(nèi)陸地區(qū)3—4 m/s，沿海地區(qū)4—6 m/s。研究區(qū)天然群落以耐沙埋植物為主，主要有篩草(Carexkobomugi)、單葉蔓荊等。

1.2 研究方法

1.2.1 單葉蔓荊生物學(xué)特性

單葉蔓荊屬于落葉小灌木。在適宜的氣候條件下，它能通過匍匐莖快速延伸生長覆蓋地面，抑制其他雜草生長，形成純度較高的單葉蔓荊群落，是優(yōu)良的地被植物，具有很強(qiáng)的抗風(fēng)、抗旱、抗鹽堿能力。但在海岸沙地由于受海風(fēng)影響其植株低矮。

1.2.2 沙埋試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究依據(jù)自然沙埋現(xiàn)象對單葉蔓荊匍匐莖進(jìn)行了不同厚度(橫向-以枝條高為準(zhǔn))和不同長度(縱向-匍匐莖長度為準(zhǔn))兩因子交叉沙埋處理方式。橫向沙埋即根據(jù)匍匐莖中部枝條高度(平均10 cm)設(shè)立半埋(沙埋至1/2枝高處)和全埋(沙埋全部枝條)?？v向沙埋即根據(jù)匍匐莖長度設(shè)立。先將匍匐莖均分為3段，從主根到匍匐莖頂端依次為：基部(主根—匍匐莖1/3處)、中部(匍匐莖1/3處—2/3處)、和頂部(2/3處—頂端)?？v向沙埋處理為：輕度沙埋(沙埋基部)、中度沙埋(沙埋基部和中部)和重度沙埋(沙埋整個(gè)匍匐莖)?？v向和橫向兩因子交叉沙埋處理有：輕度半埋(基部埋至1/2枝高)、中度半埋(基部和中部埋至1/2枝高)和重度半埋(整個(gè)匍匐莖埋至1/2枝高)；輕度全埋(基部全埋)、中度全埋(基部和中部全埋)和重度全埋(整個(gè)匍匐莖全埋)。

1.2.3 標(biāo)記實(shí)驗(yàn)材料

在沙埋前對試驗(yàn)地和測試材料進(jìn)行標(biāo)記：(1)標(biāo)記試驗(yàn)地，在海濱沙灘上選擇單葉蔓荊密集生長地塊為試驗(yàn)地，并除去雜草，將樣地插牌作標(biāo)記；(2)標(biāo)記測試植株，在試驗(yàn)地上選擇匍匐莖長度相對一致的植株為試驗(yàn)材料并掛標(biāo)簽。每種沙埋處理標(biāo)記8株植物，同時(shí)另選不進(jìn)行沙埋處理的8株為對照；(3)標(biāo)記匍匐莖，在植株近地表部位和匍匐莖上枝條1/2處，以及匍匐莖基部、1/3處、2/3處，用記號筆和紅線繩作標(biāo)記，以便測量沙埋后植株高度和匍匐莖各段生長動態(tài)。

1.2.4 沙埋處理

按照沙埋試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別采用株高1/2和整株高度的紙殼制成不同高度和長度及寬度的方框。如中度半埋，紙框體積為高5 cm，寬30 cm，長為匍匐莖基部加中部長度的紙框。沙埋時(shí)將待沙埋植株用相應(yīng)紙框圈起。然后收集地表干沙，并一邊覆沙，一邊盡量讓植株上葉片自然展開。沙埋后在紙框外部繼續(xù)覆沙與地面成斜坡，以防雨水沖刷。

1.2.5 試驗(yàn)觀測

生長勢是反應(yīng)沙埋植物生長狀況的重要指標(biāo)之一。本文采用測量法在沙埋前0 d和沙埋后第5天、10天、15天、20天，對標(biāo)記植株匍匐莖節(jié)間距、不定根長度、枝條高度進(jìn)行觀測。觀測方法：用手輕輕將沙子撥開，盡量不損傷匍匐莖和根，測量后迅速按原沙埋處理，覆上原來的沙子。本研究在20 d沙埋結(jié)束時(shí)，將所有標(biāo)記并觀測過的植株帶回實(shí)驗(yàn)室。在匍匐莖各部位鏈接點(diǎn)處(沙埋前已用記號筆標(biāo)記)用剪刀剪開，同時(shí)將同一部位上的匍匐莖、不定根和枝條莖葉剪開，分別烘干后稱重。通過比較不同程度(縱埋)和不同厚度(橫埋)沙埋下，各部位不定根、匍匐莖、枝條莖葉占各部位總重比例，以了解沙埋對其干物質(zhì)分配的影響。所有處理均重復(fù)5次以上。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用3個(gè)以上重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，用SPSS 11.5軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 匍匐莖生長動態(tài)

與對照相比，輕度和中度半埋及輕度和中度全埋均促進(jìn)匍匐莖快速生長，重度半埋和重度全埋均抑制匍匐莖生長(圖1)。在輕度和中度半埋下，匍匐莖生長速率分別較對照高12% 和104%；輕度和中度全埋下，匍匐莖生長速率分別較對照高70%和45%。而重度半埋和重度全埋分別使匍匐莖生長速率降低35%和80%。

圖1 不同程度半埋和全埋處理過程中單葉蔓荊匍匐莖總長度變化Fig.1 The growth dynamics of the stolon of V. trifolia under different level treatments of sand burial

沙埋對不同部位匍匐莖生長影響不同(圖2)。無論是輕度和中度半埋，還是輕度和中度全埋對匍匐莖基部和中部生長沒有明顯影響，但卻明顯促進(jìn)頂部匍匐莖快速生長。輕度和中度半埋使頂部匍匐莖生長速率較對照分別增加189% 和216%； 輕度和中度全埋使頂部匍匐莖生長速率較對照分別增加165% 和128%。導(dǎo)致沙埋20 d后，輕度和中度半埋處理下，匍匐莖頂部凈增長分別為35 cm和 58 cm,(表2), 分別較對照長1.5和3.1倍；輕度和中度全埋處理使匍匐莖頂部凈增長了43 cm 和 46 cm, 分別較對照長2.1和2.3倍。但重度半埋和全埋均使匍匐莖頂部生長速率降低，較對照分別降低43% 和50%，并且20 d沙埋后匍匐莖頂部凈增長量分別較對照低12% 和13%。

圖2 不同程度半埋和全埋處理下單葉蔓荊匍匐莖各部位生長動態(tài)Fig.2 The growth dynamics of the stolon of V. trifolia under different level treatments of sand burial

2.2 單葉蔓荊枝條生長動態(tài)

不同厚度和程度沙埋處理可加速匍匐莖上各部位枝條生長，其生長速度由基部到頂部逐漸增高(圖3)。但不同程度半埋明顯能促進(jìn)匍匐莖基部枝條生長。而不同程度全埋對基部枝條生長沒有促進(jìn)作用，但可加速頂部匍匐莖生長。例如，在基部，中度和重度半埋使枝條生長速率較對照增加5倍和95%。但不同程度全埋下枝條生長速率相近，并與對照沒有差異。在頂部，與對照相比，輕度、中度和重度半埋分別使匍匐莖枝條生長速率增高88%、127%、71%。輕度、中度全埋使枝條生長速率分別提高了120%、103%。

2.3 沙埋過程中匍匐莖上不定根生長動態(tài)

結(jié)果表明，對照匍匐莖上沒有不定根形成(表1)。不同程度全埋下匍匐莖上不定根生長速度大于不同程度半埋。經(jīng)歷20 d沙埋后(表2)，沙埋部位不定根長度均較未沙埋的部位的長，如輕度半埋處理中，沙埋部分基部不定根長度(9.0 cm)比沒有沙埋的中部(5.6 cm)長61%; 中度半埋的基部(14.3 cm)和中部 (12.0 cm)不定根長度比沒有沙埋的頂部(7.6 cm)分別長88%和58%。相比之下，中度半埋、輕度和中度全埋對匍匐莖上不定根形成作用更明顯。

表1 不同程度半埋和全埋處理過程中單葉蔓荊匍匐莖上不定根生長動態(tài)

Table 1 The growth dynamics of the adventitious root in the stolon ofV.trifoliaunder different level treatment of sand burial

部位Site時(shí)間Time/d對照Control輕度半埋Lighthalfsandburial中度半埋Middlehalfsandburial重度半埋Severehalfsandburial輕度全埋Lightfullsandburial中度全埋Middlefullsandburial重度全埋Severefullsandburial匍匐莖基部/cm00.0±0.00.0±0.00.8±0.20.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.0Stolonbottom50.0±0.07.3±0.27.4±0.60.0±0.01.8±1.21.2±0.11.8±0.5100.0±0.09.4±0.711.0±1.46.5±0.75.7±0.91.8±0.43.1±0.6150.0±0.09.6±1.614.8±0.56.8±0.213.3±0.310.5±0.511.8±3.7200.0±0.09.0±1.714.3±2.36.9±0.214.3±3.810.7±0.412.3±3.8匍匐莖中部/cm00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.0Middleofsto-lon50.0±0.00.0±0.02.8±0.63.8±0.62.3±0.70.8±0.61.5±0.4100.0±0.06.1±1.18.6±1.15.6±1.19.0±0.55.1±1.75.8±2.5150.0±0.05.5±0.711.0±0.57.8±0.59.1±1.39.1±3.27.8±2.6200.0±0.05.6±0.612.0±0.57.5±1.013.1±3.111.1±1.48.2±1.2匍匐莖頂部/cm00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.0Topofstolon50.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.0100.0±0.00.0±0.01.5±0.36.8±0.40.0±0.00.0±0.00.0±0.0150.0±0.00.0±0.07.4±1.27.0±1.20.0±0.03.1±0.30.0±0.0200.0±0.00.0±0.07.6±0.37.6±0.30.0±0.07.8±0.86.1±1.3

表2 不同程度半埋和全埋沙埋處理20 d單葉蔓荊匍匐莖、枝條和不定根生長量和凈增長量比較

Table 2 Comparison of the total amount and net increase of stolon, shoot and adventitiousroot in the stolon ofV.trifoliaat 20days after treating with different level sand burial

沙埋處理Treatmentofsandburial匍匐莖基部Stolonbottom20d長度/cmLength20dASB凈增長/cmNetgrowth匍匐莖中部Middleofstolon20d長度/cmLength20dASB凈增長/cmNetgrowth匍匐莖頂部Topofstolon20d長度/cmLength20dASB凈增長/cmNetgrowth對照Control枝條13.0±1.73.0±1.112.4±2.56.9±1.93.75±0.93.8±0.8匍匐莖31.5±0.75.0±1.025.0±2.84.1±0.952.5±4.214.0±9.0不定根0.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.00.0±0.0輕度半埋枝條14.7±2.22.4±1.312.8±0.93.3±1.26.6±1.54.3±1.5Lighthalfsandburial匍匐莖25.5±5.73.7±1.727.5±7.83.5±1.085.0±3.235.2±17.3不定根9.0±1.78.6±2.35.6±0.65.5±0.70.0±0.00.0±0.0中度半埋枝條14.5±1.03.6±1.512.7±0.75.2±1.17.0±1.04.1±1.5Middlehalfesandburial匍匐莖26.7±7.44.7±3.325.5±2.84.0±2.288.5±3.258.0±15.6不定根14.3±2.314.3±11.212.0±0.612.0±0.67.6±0.37.6±0.3重度半埋枝條13.4±2.33.4±1.111.4±3.85.0±2.14.5±1.03.8±1.4Severehalfsandburial匍匐莖22.5±1.72.5±1.025.8±7.83.2±1.531.8±5.212.0±6.7不定根6.9±2.36.9±2.37.5±3.17.5±0.22.9±2.22.9±1.5輕度全埋枝條12.9±1.73.4±0.74.2±1.13.3±1.28.1±1.84.1±1.1Lightfullsandburial匍匐莖26.6±3.65.6±3.222.3±4.010.9±0.973.3±9.343.4±8.5不定根14.3±3.814.3±3.813.1±3.113.1±3.10.0±0.00.0±0.0中度全埋枝條11.5±1.12.6±1.311.8±3.26.6±3.38.5±1.96.1±1.4Middlefullsandburial匍匐莖22.8±3.44.3±0.522.8±2.62.8±2.770.8±6.145.5±10.4不定根10.7±0.410.7±0.411.2±1.411.2±1.47.8±0.87.8±0.8重度全埋枝條11.4±0.92.1±0.88.3±1.72.7±1.48.2±1.95.4±1.5Severefullsandburial匍匐莖23.5±3.83.3±0.823.4±2.22.5±1.436.2±3.813.3±2.1不定根12.3±3.812.3±3.88.2±1.28.2±1.26.1±1.36.1±1.3

陰影為沙埋部分；ASB: after sand burail

圖3 不同程度半埋和全埋處理下單葉蔓荊枝條生長動態(tài)Fig.3 The growth dynamics of the shoots in the stolon of V. trifolia under different level treatment of sand burial

2.4 沙埋對匍匐莖各段莖、枝葉和不定根干物質(zhì)積累的影響

結(jié)果顯示(表3)，對照匍匐莖各部位莖重比基本一致約為34%，枝葉重比為66%。但不同程度半埋和全埋處理均使匍匐莖上各部位匍匐莖莖重比上升，枝葉重比下降，且隨著沙埋程度的增加而變化幅度加大，在重度半埋和全埋達(dá)到最大。在匍匐莖中部，與對照相比，輕度、中度和重度半埋使匍匐莖莖重比分別增加28.1%、38.6% 和46.4%，枝葉重比分別減少15.9% 、33.4% 和 32.6%。同樣輕度、中度和重度全埋使匍匐莖莖重比分別增加20.5%、47.8% 和123.6%，枝葉重比分別降低8.9%、26.9% 和65.9%。此外，不同程度全埋下匍匐莖莖重比增幅大于半埋。在基部，不同程度半埋使匍匐莖莖重比平均增加29.5%，全埋增加90.1%。沙埋提高了匍匐莖和不定根生物量，減少了枝葉生物量。

同一個(gè)沙埋處理中，未沙埋部位枝葉重比下降幅度要小于沙埋部位。如輕度半埋，未沙埋部位枝葉重比(55.6%)高于沙埋部位基部(43.3%)，中度半埋中，未沙埋的頂部枝葉重比(56.2%)高于沙埋的基部和中部(40.0%)。輕度全埋中未沙埋部位枝葉重比(61.8%)也高于沙埋部位基部(35.2%)，中度全埋中，未沙埋的頂部枝葉重比(58.4%)高于沙埋的基部和中部(42.9%)。沙埋處理后匍匐莖莖重比增加順序：中度全埋>中度半埋>輕度半埋>輕度全埋。

表3 不同程度半埋和全埋20 d，單葉蔓荊匍匐莖各部位匍匐莖莖重比、枝葉重比、不定根重比比較莖/總重 (匍匐莖莖重/植株總重比 (Ratio of stolon wt to whole plant wt (Stolon/P)); 葉/總重 (枝葉重/植株總重比 (Ratio of stem wt to whole plant wt.(Stem/P)); 根/總重 (不定根重/植株總重比 (Ratio of roots wt. to whole plant wt.(Root/P); P-plant陰影為沙埋部位

Table 3 Comparison of the ratio of the stolon to total weight, the ratio of shoot and leaves to total weight, the ratio of adventitious root to total weight in the stolon ofV.trifoliaat 20days after treating with different level sand burial

沙埋處理Treatmentofsandburial匍匐莖基部Stolonbottom莖/總重Stolon/P葉/總重Stem/P根/總重Root/P匍匐莖中部Middleofstolon莖/總重Stolon/P葉/總重Stem/P根/總重Root/P匍匐莖頂部Topofstolon莖/總重Stolon/P葉/總重Stem/P根/總重Root/P對照Control33.86±3.366.1±3.100.0±0.034.5±0.965.5±0.90.0±0.034.41±4.265.6±3.30.0±0.0輕度半埋Lighthalfsandburial39.1±13.343.3±13.217.7±15.444.2±7.555.2±1.80.54±0.844.0±6.355.9±6.30.0±0.0中度半埋Middlehalfsandburi-al46.6±9.246.2±8.47.1±2.857.8±10.233.6±7.28.4±2.143.9±7.256.0±6.10.0±0.0重度半埋Severehalfsandburi-al41.2±1.255.8±5.02.8±0.350.5±1.844.5±6.14.8±1.256.3±4.743.6±3.20.0±0.0輕度全埋Lightfullsandburial62.8±14.535.2±10.17.5±1.341.6±6.360.2±9.13.1±1.236.4±8.463.5±8.50.0±0.0中度全埋Middlefullsandburi-al64.9±13.437.7±10.13.3±1.250.7±13.148.0±8.34.2±0.948.5±14.158.4±12.30.0±0.0重度全埋Severefullsandburial69.0±5.830.9±5.80.0±0.076.9±2.122.4±1.22.6±0.854.1±9.248.6±8.72.1±0.7

3 討論與結(jié)論

有研究表明，適度沙埋有利于沙生植物種子萌發(fā)、不定根形成和更新[24- 27]。楊慧玲[14]的研究發(fā)現(xiàn)，1周齡和2周齡的無芒雀麥幼苗在輕度沙埋(1/3株高)均全部存活，中度沙埋(2/3株高)幼苗存活率降低[14]。單葉蔓荊可依靠地面匍匐莖，節(jié)上生根，能快速適應(yīng)海灘沙地環(huán)境[5- 7]。

研究結(jié)果顯示，輕度和中度半埋及輕度和中度全埋均促進(jìn)匍匐莖快速生長(圖1)，而匍匐莖頂部是單葉蔓荊快速延伸生長的重要位點(diǎn)(圖2)。在輕度和中度半埋及全埋下，匍匐莖基部和中部生長不明顯，但卻明顯加速了匍匐莖頂部生長(圖2)。沙埋20 d, 經(jīng)輕度和中度半埋處理的匍匐莖頂部凈增加量分別較對照高1.5和3.1 倍，經(jīng)輕度和中度全埋處理的匍匐莖頂部凈增長量分別較對照高3.1和3.3 倍。同時(shí)沙埋(輕度和中度半埋及全埋)還加快了匍匐莖上各部位枝條生長，尤其是匍匐莖頂部枝條生長最為明顯(圖3)。其次，輕度半埋和全埋還能促進(jìn)沙埋部位不定根產(chǎn)生(表1)，而且還促使臨近部位產(chǎn)生不定根。但是重度半埋和全埋則降低匍匐莖頂端生長，減緩匍匐莖上枝條莖葉生長速率。尤其是重度全埋下，頂部枝條莖葉幾乎不再生長，同時(shí)，還抑制不定根生成。該結(jié)果表明，輕度和中度半埋和全埋均可促使匍匐莖快速生長。其原因是：(1)單葉蔓荊為落葉藤本灌木。在海岸沙地其主莖匍匐地面，匍匐莖頂部四棱柱狀幼莖為頂端分生組織和其形成的初生結(jié)構(gòu)，其后是隨莖發(fā)育成圓柱狀的次生結(jié)構(gòu)[28]。匍匐莖可依靠頂端分生組織細(xì)胞的橫向分裂, 使軸向細(xì)胞數(shù)目增多,而使細(xì)胞的軸向延伸[29]。由于受輕度和中度半埋和全埋沙埋的匍匐莖(基部和中部)為高度木質(zhì)化的次生組織結(jié)構(gòu)，而莖頂端生長點(diǎn)并未遭受沙埋，因此莖頂端分生組織可持續(xù)維持生長。(2)沙埋促使沙下匍匐莖上快速長出不定根。這是由于匍匐莖具有輸導(dǎo)、儲存和繁殖作用[28]。有研究發(fā)現(xiàn)，水分是毛烏素沙地植物沙埋后存活、生長的關(guān)鍵因子[26]。因此在匍匐莖基部和中部受沙埋后，沙下匍匐莖環(huán)境由干旱到潮濕、由光亮到黑暗，尤其是濕潤的沙下環(huán)境誘導(dǎo)使具有繁殖作用的匍匐莖上長出不定根。新生的不定根不僅能彌補(bǔ)重力作用下匍匐莖水分運(yùn)輸?shù)睦щy[28]，而且還增強(qiáng)了根系吸收水分和養(yǎng)分的能力[27]，它在沙埋后維護(hù)匍匐莖中水分平衡，促進(jìn)匍匐莖頂部快速生長有重要作用。(3)沙埋使匍匐莖中儲存物質(zhì)分配發(fā)生變化[30- 31]。由于沙下老葉不僅光合受到抑制，而且還因缺氧呼吸作用受抑制，降低了對莖中物質(zhì)的消耗，使更多葉片中養(yǎng)分成為匍匐莖快速生長的物資來源。因此，在輕度和中度半埋和全埋下，匍匐莖通過物質(zhì)的重新分配，將更多的能力和物質(zhì)分配給莖頂端(表2，表3)。通過頂端初生組織的快速延伸生長擺脫沙埋造成的物質(zhì)代謝失衡。

研究發(fā)現(xiàn)，在同厚度沙埋中，中度半埋和中度全埋對匍匐莖頂端生長促進(jìn)作用大于輕度半埋和全埋。這可能與中度沙埋造成的重力脅迫面積大于輕度基部沙埋，它使匍匐莖更大部分位于沙下潮濕和低溫環(huán)境，導(dǎo)致匍匐莖上生出更多的不定根，增加了為植株生長提供水分和養(yǎng)分能力和維持匍匐莖水分平衡的能力。其次，匍匐莖大部分遭遇沙埋也導(dǎo)致更多葉片被沙埋后處于缺氧環(huán)境，該環(huán)境抑制了細(xì)胞呼吸、減少了對葉內(nèi)和匍匐莖內(nèi)物質(zhì)消耗。此外，中度沙埋部位較輕度沙埋部位距頂部生長點(diǎn)近，沙埋重力脅迫信號和刺激作用更易傳遞給匍匐莖生長點(diǎn)。在匍匐莖物質(zhì)再分配時(shí)，匍匐莖內(nèi)物質(zhì)和水分向頂部生長點(diǎn)運(yùn)輸距離較短，運(yùn)輸會更有效、也更快。因此，中度半埋和中度全埋的匍匐莖頂部能快速從沙埋部位得到沙埋信號、水分和養(yǎng)分，可能是其維持快速生長擺脫沙埋的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。同樣研究發(fā)現(xiàn)，在不同厚度沙埋中，輕度全埋處理使匍匐莖頂端生長要大于輕度半埋。這主要是由于輕度全埋造成的重力脅迫刺激作用大于輕度半埋。輕度全埋將基部整個(gè)枝條莖葉掩埋，莖上所有葉片完全處于黑暗、潮濕、缺氧環(huán)境中，葉片逐漸變黃，脫落，減少了對營養(yǎng)物質(zhì)的呼吸消耗，從而促使未沙埋部位莖生長，導(dǎo)致輕度全埋沙埋部位莖重比 (62.8%)和未沙埋部位枝葉重比(61.85%) 大于輕度半埋 (39.1%, 55%) (表 3),以及頂部莖凈增長量(43.4 cm) 大于輕度半埋(36.2 cm) (表2)?？梢姡谫橘肭o生長點(diǎn)沒有受沙埋情況下，無論是沙埋厚度還是沙埋程度的增加均使沙埋強(qiáng)度提高導(dǎo)致對匍匐莖的刺激作用增強(qiáng)，可能是導(dǎo)致中度沙埋引起匍匐莖頂端生長速率大于輕度沙埋、 輕度全埋大于輕度半埋的主要原因。

此外，試驗(yàn)觀測發(fā)現(xiàn)，重度半埋和全埋處理均使匍匐莖頂部生長和不定根形成受抑，尤其是匍匐莖莖尖畸形、彎曲生長，莖節(jié)間變短而密集，沙埋部位的葉片枯黃脫落。結(jié)果表明：單葉蔓荊耐沙埋能力是有限度的，在不同程度和厚度沙埋下，當(dāng)匍匐莖頂端生長點(diǎn)暴露在沙上時(shí)，匍匐莖可以通過莖頂端快速生長擺脫沙埋，而保持植株的繼續(xù)生存。但是當(dāng)匍匐莖頂端置較厚的沙下，憑著匍匐莖的向光性生長，無法在短時(shí)間內(nèi)擺脫沙埋時(shí)，持續(xù)的光合受抑和呼吸耗能的加大使匍匐莖內(nèi)物質(zhì)代謝平衡喪失，導(dǎo)致匍匐莖中營養(yǎng)物再分配，匍匐莖將營養(yǎng)輸送到莖頂端。但由于沙埋重力阻礙限制了匍匐莖莖頂端延伸生長，從而使頂部莖芽間距縮短而密集并變膨脹。同時(shí)，匍匐莖營養(yǎng)向頂部輸送也抑制了不定根生長，最終導(dǎo)致匍匐莖內(nèi)水分代謝、能量和物質(zhì)代謝失去平衡。因此，重度沙埋下，較長時(shí)間內(nèi)枝條葉片光合受抑、匍匐莖存儲營養(yǎng)不足、不定根發(fā)育不良，是最終導(dǎo)致沙下匍匐莖生長受抑和死亡的主要原因。

綜上所述，沙埋是一種物理重壓脅迫。在自然環(huán)境中，單葉蔓荊匍匐莖頂端是莖延伸生長的重要部位。但當(dāng)匍匐莖基部或連同中部半埋和全埋后，匍匐莖能快速接受沙埋重力脅迫刺激促進(jìn)匍匐莖頂部快速生長以擺脫進(jìn)一步被沙埋；同時(shí)，促進(jìn)位于沙下潮濕環(huán)境的匍匐莖上產(chǎn)生不定根以增大根系吸收水分和養(yǎng)分面積以維持匍匐莖中水分平衡；另外，促進(jìn)沙埋部位匍匐莖和枝條葉片中物質(zhì)轉(zhuǎn)移，加速匍匐莖頂部快速生長和物質(zhì)積累以彌補(bǔ)沙埋帶來的損傷維持物質(zhì)和能量的代謝平衡。因此沙埋后，單葉蔓荊以匍匐莖頂端快速生長、沙埋部位形成不定根維持莖水分平衡和能量和物質(zhì)代謝平衡，以快速適應(yīng)沙埋。而匍匐莖全被沙埋后，由于莖生長不能在短時(shí)間內(nèi)擺脫沙埋，長期的呼吸消耗造成能量代謝失調(diào)而致植株死亡。因此，在海岸沙地單葉蔓荊種群管理和維護(hù)中，在強(qiáng)風(fēng)移沙引起的重度沙埋時(shí)，及時(shí)剝離匍匐莖頂部沙子對維護(hù)單葉蔓荊種群的延續(xù)生存和擴(kuò)散均有重要作用。

[1] 王濤. 中國沙漠與沙漠化. 石家莊: 河北科學(xué)技術(shù)出版社, 2003: 756- 758.

[2] 羅濤, 楊小波, 黃云峰, 葉凡, 黨金玲. 中國海岸沙生植被研究進(jìn)展. 亞熱帶植物科學(xué), 2008, 37(1): 70- 75.

[3] 唐村, 王慧梅. 耐鹽、耐旱、固沙地被-單葉蔓荊. 園林, 2008, (5): 65- 65.

[4] 喬勇進(jìn), 張敦論, 郗金標(biāo), 王開芳, 豐宗新. 沿海沙質(zhì)海岸單葉蔓荊群落特點(diǎn)及土壤改良的分析. 防護(hù)林科技, 2001, 49(4): 6- 8.

[5] 喬勇進(jìn), 許景偉, 張敦論. 單葉蔓荊人工擴(kuò)繁技術(shù)及生理特性的研究. 中國野生植物資源, 2003, 22(2): 49- 52.

[6] 張萍, 劉林德, 柏新富, 朱建軍. 不同光強(qiáng)下單葉蔓荊的光合蒸騰與離子累積的關(guān)系. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 32(11): 3432- 3439.

[7] 宋天英. 單葉蔓荊改善濱海沙地微環(huán)境研究初報(bào). 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2002, 31(4): 524- 526.

[8] 何東興. 厚田地區(qū)單葉蔓荊的群落學(xué)特征與適應(yīng)沙地的初步研究. 生態(tài)學(xué)雜志, 1992, 11(4): 36- 40.

[9] Maun M, Lapierre J. Effects of burial by sand on seed germination and seedling emergence of four dune species. American Journal of Botany, 1986, 73(3): 450- 455.

[10] 張奎壁, 鄒受益. 治沙原理與技術(shù). 北京: 中國林業(yè)出版社, 1990.

[11] 何玉惠, 趙哈林, 趙學(xué)勇, 劉新平. 沙埋對小葉錦雞兒幼苗生長和生物量分配的影響. 干旱區(qū)地理, 2008, 31(5). 701- 706.

[12] Zhan J, Maun M. Potential for seed bank formation in seven Great Lakes sand dune species. American Journal of Botany, 1994, 81(4): 387- 394.

[13] 蘇延桂, 李新榮, 賈榮亮, 馮麗. 沙埋對六種沙生植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響. 中國沙漠, 2007, 27(6): 968- 971.

[14] 楊慧玲, 曹志平, 董鳴, 葉永忠, 黃振英. 沙埋對無芒雀麥種子萌發(fā)和幼苗生長的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 18(11): 2438- 2443.

[15] Maun M A, Riach S. Morphology of caryopses, seedlings and seedling emergence of the grass Calamovilfa longifolia from various depths in sand. Oecologia, 1981, 49(1): 137- 142.

[16] 聶春雷, 鄭元潤. 鄂爾多斯高原4種主要沙生植物種子萌發(fā)與出苗對水分和沙埋的響應(yīng). 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 29(1): 32- 41.

[17] Harper J, Benton R A. The behaviour of seeds in soil: II. The germination of seeds on the surface of a water supplying substrate. The Journal of Ecology, 1966, 54: 151- 166.

[18] Sykes M T, Wilson J B. Dark tolerance in plants of dunes. Functional Ecology, 1990, 4(6): 799- 805.

[19] 趙哈林, 何玉惠, 岳廣陽, 周瑞蓮. 風(fēng)吹、沙埋對沙地植物幼苗生長和光合蒸騰特性的影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2010, 29(3): 413- 419.

[20] Zhu X W, Huang Z Y, Chu Y, Zhang S M, Liu H D, Dong M. Effects of burial in sand and seed size on seed germination and seedling emergence in two leguminous shrubs in the Otindag Sandland, China. Israel Journal of Plant Sciences, 2004, 52(2): 133- 142.

[21] 趙文智, 劉新民. 西藏特有灌木砂生槐繁殖生長對海拔和潷埋響應(yīng). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2002, 22(1): 134- 140.

[22] 劉海江, 郭柯. 沙埋對中間錦雞兒幼苗生長發(fā)育的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2005, 25(10): 2550- 2555.

[23] Ren J, Tao L, Liu X M. Effect of sand burial depth on seed germination and seedling emergence of Calligonum L. species. Journal of Arid Environments, 2002, 51(4): 603- 611.

[24] 彼得洛夫. 流沙的固定. 徐國鎰, 陳珍, 譯. 北京: 中國林業(yè)出版社, 1960: 151- 157.

[25] 王彥閣, 楊曉暉, 慈龍駿. 沙埋對西鄂爾多斯高原灌木群落格局的影響. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2010, 32(4): 234- 238.

[26] 李文婷, 張超, 王飛, 鄭明清, 鄭元潤, 張峰. 沙埋與供水對毛烏素沙地兩種重要沙生植物幼苗生長的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(5): 1192- 1199.

[27] 原鵬飛, 丁國棟, 趙奎. 流動沙丘沙埋對沙柳生長特性的影響. 水土保持研究, 2008, 15(4): 53- 55.

[28] 宗文, 韓曉弟, 高原, 楊洋. 單葉蔓荊植物生物學(xué)研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(35): 15439- 15440.

[29] 施國新, 徐祥生, 陳維培. 慈姑匍匐莖的起源和球莖的膨大研究. 武漢植物學(xué)研究, 1989, 7(3): 205- 210.

[30] Shi L, Zhang Z J, Zhang C Y, Zhang J Z. Effects of sand burial on survival, growth, gas exchange and biomass allocation in Ulmus pumila seedlings in the hunshandak sandland. Annals of Botany, 2004, 94(4): 553- 560.

[31] 王寧, 高艷. 兩種踐踏脅迫下克隆整合對入侵植物空心蓮子草生長的影響. 生態(tài)科學(xué), 2011, 30(2): 97- 101.

Analysis on the growth strategy of creeping stem inVitextrifoliavar.simplicifoliadapting to sand burial

ZHOU Ruilian*, YANG Shude, ZUO Jincheng, WANG Yanfang, LI Qifang, HU Dechang

SchoolofLifeScience,LudongUniversity,Yantai264025,China

Vitextrifoliavar.simplicifoliais a good ground cover plant and sand binder for coastal sandy land; it has a high tolerance for salt and drought and, in its natural environment of sand dunes, it is often buried by blowing sand. In these experiments, basis on the stolon length ofV.trifolia, the four level of sand burial treatments were set up as no-sand burial, light sand burial (1/3 stolon length), moderate sand burial (2/3 stolon length) and severe sand burial (3/3 stolon). The different lengths of stolon were buried to two different depth, to half the plant height or to the full plant height, to show how the plant maintained growth under different levels of sand burial. Plant height, lengths of stolon and adventitious roots, the ratio of stolon dry weight (DW) to total DW, and the ratio of shoot and leaf DW to total DW were recorded. Normally, stoloniferous base and middle section ofV.trifoliagrow slowly, the top of the stolon grew fast . The results showed that during 20d treatments, there was little difference in the growth of stolon from the basal area to the middle section of the stolon between the control (4.1cm) and light and moderate sand burial groups (4.5 cm). However, there was larger difference in the growth of top of the stolon between control and half and full of the light and moderate sand burial groups. At top of the stolon, the stolon was longer 1.5 to 3.1 times in plant under half and full of the light and moderate sand burial groups than that in the control. While length of top of the stolon under half and full of severe sand burial was shorter by 12% and 13% than that in the control, because apical section were covered. In 20d, many adventitious roots were observed in the stolon under half and fall light and moderate sand burial but not in the control; adventitious roots were also limited in plants under half and full severe sand burial. At the same time, the ratio of stolon DW to total DW increased, peaking at half and full severe sand burial; the ratio of shoot and leaf DW to total DW decreased with increasing of sand burial level. This study indicates that the apex of the stolon ofV.trifoliais important to growth and plant survival under sand burial. When sand burial did not include the apex of the stolon, adventitious roots were produced along the stolon under half and full light and moderate sand burial. Those new adventitious roots helped plants to absorb more water and nutrients from soil to maintain water balance of shoot, and to support the shoot growing up. Growth fast of top of the stolon and produced adventitious roots maybe a key forV.trifoliato avoid being further covered by sand. When the full plant was covered with sand under half and full sever sand burial, the strategy of the plant in adapting to sand burial was that leaves under sand died and the material in the leaves was transferred to the apex of the stolon; however longer full sand burial results in death of the plant.

Vitextrifoliavar.simplicifoli; growth strategy; creeping stem; sand burial; adventitious root

國家973課題(2009CB421303); 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30972422); 山東省高校科技計(jì)劃(J10LC02)

2013- 05- 03;

日期:2014- 04- 11

10.5846/stxb201305030911

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhourl@hotmail.com

周瑞蓮, 楊樹德, 左進(jìn)城, 王艷芳, 李其芳, 胡德昌.海濱沙地單葉蔓荊匍匐莖對沙埋適應(yīng)的生長對策.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(4):1165- 1174.

Zhou R L, Yang S D, Zuo J C, Wang Y F, Li Q F, Hu D C.Analysis on the growth strategy of creeping stem inVitextrifoliavar.simplicifoliadapting to sand burial.Acta Ecologica Sinica,2015,35(4):1165- 1174.