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在三峡水库消落带,经过两年多的实地观察,发现大部分存活下来的植物多为克隆植物,尤其是狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)等多年生克隆草本在水退后生长很好,并占据优势。这些植物对该地区的水土保持和岸库稳定起着十分重要的作用。然而,这些植物的克隆习性与淹水逆境之间的适应关系,目前还知之甚少。克隆植物因其具有克隆可塑性和克隆整合性,从而比非克隆植物对异质性环境具有更好的适应性。本研究试图从克隆习性的角度解析典型克隆植物狗牙根和牛鞭草对不同水分条件的响应。
本研究分两部分,第一部分是以狗牙根为研究材料,通过模拟淹水验证在淹水胁迫时克隆整合的存在以及存在形式。实验模拟了先端分株(远离母株的分株)分别处于0cm,5cm,15cm的淹水环境,并与基端分株(靠近母株的分株)通过匍匐茎保持连接或者切断,淹水一个月后调查基端分株和先端分株以及整个克隆片段在形态和生理上的表现。结果发现,切断匍匐茎显著降低了狗牙根先端分株的生长,表现在生物量的下降,匍匐茎长度的缩短和分株数的减少等。淹水显著降低了先端分株的生长,但对基端分株的生长并未造成显著影响,并且在5 cm淹水处理下,匍匐茎保持连接时,先端分株和整个克隆片段的生长显著增加。在生理方面,匍匐茎连接或切断的处理对先端分株或基端分株在叶绿素荧光参数上并未表现显著性差异,即克隆整合并未提高基端分株和淹水逆境下先端分株的光化学转化效率。这些结果表明:1)克隆整合有助于狗牙根缓解淹水胁迫下分株的生长状况,并增强非淹水胁迫下相连分株的生长;2)克隆整合没有提高非逆境胁迫分株的光化学转化效率;3)克隆整合有助于狗牙根抵御部分淹水胁迫,有利于其在异质性环境中生长。
第二部分通过对消落带经受不同淹水深度和淹水持续时间后野生狗牙根和牛鞭草挂牌定点观察,研究其在当年的恢复生长,调查的主要生长指标包括:平均节间长、相对生长速率、净光合速率及叶绿素荧光参数。实验发现,未淹水的和经过3个月淹水狗牙根平均节间长在不同月份中呈二次曲线变化,但牛鞭草的呈S曲线。狗牙根和牛鞭草的分株数相对生长速率、总枝长相对生长速率、生物量相对生长速率、净光合速率、最大量子产率以及实际量子产率,在不同淹水强度处理后均差异显著。淹水时间越长,相对生长速率越快,光合荧光值越高。牛鞭草的根冠比普遍高于狗牙根的,即牛鞭草投入更多的资源到地下部分,这与牛鞭草的平均节间长、分株数相对生长速率和总枝长相对生长速率对7、8月伏旱不敏感的表现相吻合。这些结果表明:1)同种克隆植物经受的淹水胁迫程度不同,引起的形态和生理可塑性不一样,经受更长时间和更深淹水的植株可塑性程度高,具有较高光合能力和较快的相对生长速率;2)不同生长型的克隆植物对环境的适应性的表现和程度有所不同;3)集团型的牛鞭草对干旱的忍耐力要比狗牙根好,但在扩展生长空间方面不如狗牙根。