14416.植物表型可塑性異速生長——維管網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境壓力長期適應(yīng)

1、TexturesByXieJiangboADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEcologyXinjiangInstituteofEcologyandGeographyChineseAcademyofSciencesMay2013摘要摘要植物

2、表型或生物量分配模式對環(huán)境的可塑性響應(yīng)有表觀可塑性和真實(shí)可塑性之分。表觀可塑性是由于個(gè)體的表型在不同的環(huán)境中的生長速率不同而造成的不真實(shí)可塑性，以個(gè)體發(fā)育漂變理論來解釋；真實(shí)可塑性亦是植物表型對環(huán)境變化的可塑性響應(yīng)，但與表觀可塑性不同，真實(shí)可塑性響應(yīng)是通過生物量在器官之間的最優(yōu)分配完成的，結(jié)果將使植物獲得最優(yōu)的資源并且使植物的生長速率最大化，通常以最優(yōu)分配理論或者功能平衡假設(shè)來解釋。區(qū)分表觀可塑性和真實(shí)可塑性對植物表型是如何發(fā)育而來這個(gè)

3、問題有著十分重要的意義，然而，很難也很少有文獻(xiàn)區(qū)分植物對環(huán)境的適應(yīng)是表觀可塑性還是真實(shí)可塑性。植物表型的發(fā)育與它的異速生長特性有關(guān)，而表型的異速生長受到植物維管網(wǎng)絡(luò)幾何特征的制約。在不同的環(huán)境中，植物維管網(wǎng)絡(luò)在安全效率之間做出結(jié)構(gòu)和功能上權(quán)衡，發(fā)育出不同的維管網(wǎng)絡(luò)特征，從而引起表型的可塑性響應(yīng)。在不同的環(huán)境選擇壓力下，由維管網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)性適應(yīng)引起的表型可塑性異速生長是區(qū)分表觀可塑性和真實(shí)可塑性的關(guān)鍵。雖然植物表型適應(yīng)與植物維管網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系如

4、此重要，但對它的研究卻在總體上被忽略了。在我們以前的研究中發(fā)現(xiàn)：與生長在粘土中的棉花相比，生長在沙土中的棉花吸收根只有部分有效(根土接觸)，為了維持根系吸水與葉片耗水平衡，沙土棉花顯著地往根系分配了更多生物量，發(fā)育更多的吸收根以抗衡這種根土接觸效應(yīng)。但是仍不清楚土壤質(zhì)地差異引起的表型可塑性與維管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性適應(yīng)的關(guān)系；仍不清楚這種可塑性響應(yīng)是表觀可塑性還是真實(shí)可塑性。因此，本文設(shè)置了3個(gè)土壤質(zhì)地(沙土，粘土和兩者的1：1混合土)環(huán)境梯度，

5、以棉花(GossypiumherbaceumL)為研究對象，分析了土壤質(zhì)地、根莖木質(zhì)部導(dǎo)管、植物維管網(wǎng)絡(luò)幾何結(jié)構(gòu)和植物表型異速生長之間的關(guān)系。主要結(jié)論有：1、木質(zhì)部導(dǎo)管對土壤質(zhì)地的結(jié)構(gòu)性適應(yīng)增加土壤空隙度將會導(dǎo)致維管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的顯著變化，引起導(dǎo)管直徑和長度的改變。將3個(gè)土壤處理的植物相比較，研究結(jié)果表明這種結(jié)構(gòu)性差異顯著影響了(或者相關(guān)于)棉花的根系導(dǎo)水率、地上導(dǎo)水率、整株導(dǎo)水率、紋孔阻力等導(dǎo)水系統(tǒng)功能，同時(shí)也顯著改變了葉面積、根長和根葉