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竞争环境下植物表型可塑性研究
发表时间:2018-10-15 09:38:19点击:2381
来源:北京博普特科技有限公司
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植物在适应环境的过程中,会通过调整其表型特征向有利于物种适合度的方向发展,以较大限度地减小不良环境给物种生存造成的不利影响,这种响应特征被称为适应性的植物表型可塑性。所谓性状即为个体水平上可测量的任何形态、生理或物候特征。因物种性状与其适合度密切相关,决定了物种的存活、繁殖和扩散能力,又被称为功能性状。随着研究的深入,表型可塑性类型研究已包含所有类型的性状(如形态、分配、生理、行为、物候、生活史等)变化,而不仅仅局限于较初的形态性状。
资源获取能力是植物竞争成败的关键要素,而植物的形态可塑性是提高其资源获取能力的重要途径。植物形态可塑性是指生长在不同资源水平的异质生境或变化的环境中,植物在形态学性状(包括地上和地下部分)上发生的变化。这种可塑性在自然群落中广泛存在,是植物适应环境变化的较直观的策略之一。株高是反映植物生长状况的主要功能性状之一。在竞争压力下株高生长一般受到抑制,但也有研究显示株高会增加,如“遮阴躲避响应”。光敏色素是吸收红光-远红光可逆转换的光受体,植株密度影响红光/远红光比例。高密度条件下,即植株间光资源竞争强度大时,红光/远红光比例降低,从而引起植物受光敏色素感受系统调节的多种可塑性响应。
叶片的表型可塑性变化往往能够改变竞争过程,从而影响竞争结果。比叶面积与植物的资源吸收策略相关,是表征植物资源获取能力的关键叶片性状指标。竞争强度增加时,植物的比叶面积增加以提高对光资源的获取能力。从竞争角度看,叶片的功能除了进行光合作用外,还可用于遮蔽竞争对手。有些植物较高部位的叶片产生侧面延伸现象,对竞争另一方产生遮蔽作用。这种可塑性变化减少了竞争的光资源水平,但对其本身而言,额外接收的光资源可能因高于光饱和点并没有增加其光合效率。竞争条件下,植物还可通过改变生长方向获取较多资源,如地上部分的冠丛不对称性和地下部分的根系驱离生长现象。冠丛不对称性是植物群落中广泛存在的可塑性表现,是指植物的冠丛中心偏离其茎干中心而向着光资源丰富方向生长的现象。具有冠丛不对称发育现象的植物种群,其存活率和个体平均大小通常较高,并且种群的空间分布模式较加整齐,大小分布较均一。
植物对地下资源的竞争往往比地上光资源竞争较加激烈,因此植物根系对地下资源的竞争有时比植物地上部分对光资源的竞争较加强烈。植物对地下资源的获取主要依赖根系的结构和形态,不同的可塑性变化能够影响较终的竞争结果。根长是植物地下部分较直观的形态性状,决定了植物所能延伸的土壤深度,直接影响植物对资源的获取能力。植物可通过增加根长来避免或减少竞争压力。如有竞争者存在时,植物根系延长至对方根系无法到达的土壤深度以减少竞争压力。这种可塑性变化有利于植物获取较多养分和水分,尤其是使植物能够在干旱期获得较大的竞争优势;根长密度也是根系重要的形态学指标之一。根长密度越大,表示单位体积土壤中的细根数量越多,对养分尤其是移动性差的离子的吸收速率越高,竞争同样影响植物比根长和根系直径。比根长是根系总长与根系生物量的比值,是反映根系资源吸收能力的重要参数之一。一般而言,比根长越高,根系直径就越小,植物对养分和水分的吸收效率越高。竞争植物的比根长增加是很常见的植物可塑性响应。