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高寒植物长鞭红景天生殖生态学研究

丁玉珂  
【摘要】: 长鞭红景天(Rhodiola fastigiata)为景天科红景天属的多年生草本植物,具有肉质根和根状茎,由于具有滋补强身、抗衰老、抗微波辐射、调节内分泌系统、抗缺氧等药效,已被大量采挖,目前种群已处于近危状态,并列入我国物种红色名录。本文在海拔4000-4400m之间,每个100m设置1个海拔梯度,调查每个海拔梯度内长鞭红景天生殖株(丛)数量特征、繁育系统、开花物候、生殖潜力和生殖成功、发芽率进行研究,以探讨长鞭红景天生殖生态学特征和揭示长鞭红景天种群生殖主要特性和限制因子,本文研究结果如下: 长鞭红景天生殖株(丛)在海拔4300-4400之间和海拔4000-4100m密度较大,与两个海拔梯度内,植被少,郁闭度小有关;4100-4300之间密度最小,与该海拔梯度内植被较多,种间竞争大有关,由此可以推断长鞭红景天生殖株(丛)种间竞争力小。营养株(丛)随海拔升高变化不明显(p0.05)。在海拔4000—4100之间,两性株(丛)与雌性株(丛)出现同一样方频度越大,表明距离较近的两性株(丛)与雌性株(丛)出现几率较大;在海拔4200-4300之间,两性株(丛)与雌性株(丛)出现同一样方频度越小,表明距离较近的两性株(丛)与雌性株(丛)出现几率较小。 两性花的萼片长、萼片宽、花瓣长、花瓣宽、花口径与雌花以上花部参数无显著差异(p0.05),但雌蕊长差异极为显著(p=0.0000.01),雌花的雌蕊长大于两性花的雌蕊长。在各海拔之间,两性花的雄蕊、雌蕊长及雌性花的雌蕊长存在明显的差异,其余花部参数随海拔的变异不大。雌花花序直径平均为1.4cm,在4个海拔梯度之间无明显差异性(p =0.736);两性花的花序直径的平均值为1.62cm,在四个海拔之间存在差异性(p =0.010.05)。单花数与花序直径之间存在明显的线性关系。两性花和雌花的花茎长、基径在海拔4180m处最大。 根据花部综合特征、人工授粉试验、OCI指数测定结果,长鞭红景天的繁育系统为异交,两性花自交不亲和、不存在无融合生殖。长鞭红景天花寿命较长,较长的花寿命有利于柱头授粉几率的增加和雌性适合度的提高。长鞭红景天雌全同株个体在野外发现仅2株;两性花的胚珠数(25枚)少于雌性花的胚珠数(56枚);雌性株的平均结实率(54.7%)、种子产量(228.6个)、发芽率(93.0%)、单株胚珠数(2196枚)均大于两性株的平均结实率(41%)、种子产量(80个)、发芽率(84.6%)、单株胚珠数(1508枚),两性株有不结实或结实率低,说明长鞭红景天雌性株的适合度大于两性株、雌全同株的适合度,其性系统进化途径可能为雌全同株→雌全异株→雌雄异株,且目前进化尚不完善,传粉方式由虫媒向风媒进化。 长鞭红景天6月下旬开始开花,7月下旬结束,种群开花期约21~33天,开花期与降雨量和空气温度高峰期一致。 两性花、雌性花的开花比例总体趋势呈迅速上升,然后迅速下降,开花动态曲线表现出单峰和双峰两种模式,四个海拔梯度的开花动态相似。 两性株的花期为2-21天,平均值为9.29天,雌性株花期为1-16天,平均为7.13天,单株花期受单株花数、始花期影响,两性株花期明显大于雌株花期与两性株花数大于雌株花数有关;在4个海拔之间,单株花期变异性与单株花数变异性一致。 长鞭红景天的雌性株开花同步性指数(0.548)大于两性株的开花同步性指数(0.493)。长鞭红景天开花同步性指数表明:平均每天每个两性个体与其余12.5-77.3%的个体进行基因交流,每个雌性个体与其余26.5-87.5%的个体进行基因交流。 长鞭红景天的生殖潜力较大,而其生殖力较小,每雌株平均花蕾数38朵,单株胚珠数为2198枚,从花蕾到开花,由于资源、花粉限制和病虫害原因,单株有22.9%的花蕾损失;从开花到结实45.3%的花朵败育。胚珠到种子形成仅有10.4%的胚珠发育成种子。从长鞭红景天雌性单株的花蕾形成到结实的过程中,共有57.8%的花蕾损失和89.6%的胚珠损失,生殖力明显下降,平均每雌性株产生种子仅有228.6个,表明长鞭红景天种群大小受种子产量的影响。研究表明花粉限制、资源限制是导致生殖力小的直接原因,造成花粉限制的因素有天气原因和自身原因,天气因素为在开花期间,降雨多,空气湿度大,不利于花粉的随机传播;自身原因为两性花较多且柱头保持活性的时间较长,因此可以接受大量的花粉,造成用于雌花授粉的花粉减少。另外植被状况、性比、两性株和雌性株之间的距离均是影响生殖成功的因子。长鞭红景天种子的发芽率平均为93.6%,表明种子质量不是导致该物种近危的原因。因此对长鞭红景天种子库动态和幼苗存活率做进一步研究探讨其近危原因。 土壤营养状况、光照是影响长鞭红景天果实、种子形态的主要生态因子,长鞭红景天单果形态特征与单果种子产量之间存在相关性,因此根据单果干重与种子产量的线性回归模型可以推断长鞭红景天单株的种子产量。


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