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伊犁农田两种狗尾草无性系种群的数量性状特征



全 文 :1352-1356
07/2014
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
31卷07期
Vol.31,No.07
DOI:10.11829\j.issn.1001-0629.2013-0512
伊犁农田两种狗尾草无性系
种群的数量性状特征
贾风勤1,张 娜1,努尔买买提1,纳森巴特1,赖卓彦2
(1.新疆自治区普通高校天然产物化学与应用重点实验室 资源与生态研究所 伊犁师范学院化学与
生物科学学院,新疆 伊宁835000;2.台北市立动物园,台湾 台北11656)
摘要:以退耕农田中狗尾草(Setaria viridis)和金色狗尾草(S.glauca)为研究对象,对无性系种群数量性状及生
物量特征进行了初步调查。结果表明,两种狗尾草无性系种群各构件数量性状变异较大,狗尾草以穗生物量
(123.48%)、金色狗尾草以叶生物量(84.43%)为最高。狗尾草无性系种群的茎、叶、鞘生物量与总蘖数的关系均
表现为幂函数正相关,而金色狗尾草则呈线性增长。在狗尾草和金色狗尾草种群中生物量分配比例均以茎为最
高,分别为37.72%和47.74%;穗为最低,分别为15.04%和10.82%。
关键词:狗尾草;金色狗尾草;无性系;数量性状;表型可塑性
中图分类号:S543+.903;Q945.51   文献标识码:A   文章编号:1001-0629(2014)07-1352-05*
Quantitative characteristics of clonal population fromSetariaviridisand S.glauca
JIA Feng-qin1,ZHANG Na1,NU-ER Mai-mai-ti 1,
NA-SEN Ba-te1,LAI Zhuo-yan2
(1.Xinjiang Key Laboratory of Natural Product Chemistry and Application,Resources and Ecological Research
Institute,Colege of Chemistry and Biological Sciences,Yili Normal University,Yili 835000,China;
2.Taipei Zoo,Taipei 11656,China)
Abstract:The quantitative characters and biomass of clonal population of Setaria viridis and S.glauca
from recent abandoned cropland were studied.The results indicated that the component quantitative char-
acteristics within each species was significantly different,and both plant species had high phenotypic plas-
ticity.Coefficients of variation in spikes of S.viridis was 123.48%and that in leaves biomass of S.glauca
was 84.43% which were highest quantitative characteristics of each,respectively.For the clonal popula-
tion of S.viridis,both the relationship between total tiler number,reproduction tiler number,total plant
height and total biomass and the relationship between each component biomass and total tiler number per-
formed as a positive power function.However,there were linear relationship in the S.glaucaclonal popu-
lation.Both S.viridis and S.glauca population had the highest stem biomass alocation (37.72%,
47.74%)and lower spike biomass alocation(15.04%,10.82%).
Key words:Setaria viridis;Setaria glauca;clonal;quantitative characters;phenotypic plasticity
Corresponding author:JIA Feng-qin E-mail:jfqanan@sina.com
* 收稿日期:2013-09-03  接受日期:2013-12-09
基金项目:新疆维吾尔自治区国际合作科技项目(20116017)
通信作者:贾风勤(1973-),女,河南扶沟人,副教授,硕士,主要从事植物学教学及种群生态方面研究。E-mail:jfqanan@sina.com
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  研究植物无性系种群构件数量特征变化,可以
了解不同构件对无性系生长、繁殖和物质生产的贡
献等。生物量结构是判断不同构件组分对无性系生
产与发育贡献大小的依据。生物量配置是植物生理
整合作用对生境异质环境或微生境的反应[1]。狗尾
草(Setaria viridis)和金色狗尾草(S.glauca)为禾
本科狗尾草属一年生无性系草本植物,均具有耐
旱[2]、耐盐碱[2]等生物生态学特性,能在短时间内形
成地表优势种,被用于退耕地[4]、矿区[5]、公路[6]等
的生态恢复和防护,既是一种优良牧草,却也是较难
防除的农田杂草[7-8]。在新疆伊犁,当年的休耕农田
中常可形成两种狗尾草同时存在的群落和层片。目
前,有关两种狗尾草种子萌发[9]、根叶生长[10-11]的生
物学特性的研究已见报道,鲜见有关两种植物的无性
系种群数量性状特征及其生长策略报道。本研究将
通过对两种狗尾草种群构件诸数量性状内在规律的
研究,深入了解其无性系的生态适应机制,为合理开
发和利用狗尾草属植物资源提供科学理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区自然概况
研究区位于新疆伊犁霍城县四爪陆龟自然保护
区,周 边 为 灌 溉 农 耕 区。地 理 位 置 44°06′-
44°18′N,80°48′-81°58′E。海拔650~1 100m。
属于温带半干旱气候,无霜期165d,年均气温9.1
℃,年均降水219mm。保护区与周边绿洲交错带
主要以人工种植杨属(Populus)、榆属(Ulmus)树种
为主,林下植被以角果毛茛(Ceratocephalus testicu-
latus)、苦豆子(Sophora aolpecuroides)单优种群为
主,常以斑块状镶嵌于林地中;保护区植被主要由角
果毛茛、囊果苔草(Carex physodes)、毛穗旱麦草
(Eremopyrum distans)、苦豆子、蒿(Artemisiasp.)
植物组成[12-13]。灌溉农耕区农作物以玉米(Zea
mays)、水稻(Oryza sativa)、小麦(Triticum aesti-
vum)为主,休耕当年裸地则多以狗尾草和金色狗尾
草形成的优势群落所占据,伴生种 则 以 荠 菜
(Capsella buras-pastoris)、圆叶锦葵(Malva rotun-
difolia)、田旋花(Convolvulus arvensis)、灰绿藜
(Chenopodium glaucum)为主。
1.2 材料
研究材料狗尾草和金色狗尾草在伊犁地区均在
4-5月出苗,6―9月为花果期,圆锥花序,种子成
熟后随风散布或自行脱落。
1.3 试验方法
研究样地选择弃耕一年的农田,2012年8月于
狗尾草和金色狗尾草籽实成熟期,在两者形成优势
群落的休耕农田中,分别选择丛径大小不等、籽粒尚
未脱落或极少脱落的狗尾草和金色狗尾草分蘖丛各
38个。为尽量减少籽实损失,将每个分蘖丛生殖株
的穗头先齐穗颈处剪下,置于纸袋中,穗及对应生殖
株为同一编号,并标示相应分蘖丛编号。其余地上
部分连同地下根系一并完整挖出,编号装入塑料袋
带回室内。将各分蘖丛冲洗干净后分置,将丛内所
有分蘖株齐根剪下。计数每个分蘖丛的总分蘖株
(总分蘖)和生殖分蘖株(生殖分蘖)数量,测定各分
蘖株长度并将丛内分蘖株叶、鞘、茎、穗等构件分置,
其中总株高为各分蘖株株高总和,在烘箱内75℃烘
干72h至质量恒定不变后称量。
生物量分配的数量指标计算公式分别为:
营养分配=(各营养构件生物量/总生物量)×100%;
生殖分配=穗生物量/总生物量×100%。
对分株构件数量性状与总分蘖数和总生物量间
定量关系的确定,是在拟合的线性、指数和幂3种函
数中,选用相关性最高的作为关系模型。
1.4 数据处理
用SPSS 17.0对总分蘖数、生殖分蘖数、总株高
与总生物量以及茎、叶、鞘与总蘖数间关系进行相关
性分析。用单因素方差分析(One-way ANOVA)比较
种间茎、叶、鞘和穗生物量、生殖分蘖数、总分蘖数、总
株高、总生物量的差异显著性。用Excel软件绘图。
2 结果
2.1 无性系种群数量特征
测定结果显示,两种狗尾草无性系种群内所有
构件数量性状的变异系数均超过50%,最高达
123.48%,最小为55.32%;茎、叶、鞘生物量在两个
狗尾草种群内均呈现依次降低趋势,在种间无显著
差异(P>0.05)。穗生物量、生殖分蘖数、总分蘖数
和总株高均表现为狗尾草显著高于金色狗尾草
(P<0.05)(表1)。
在单项指标(茎、叶和鞘生物量及生殖蘖数)上,
狗尾草无性系在茎生物量和生殖分蘖数量上表现出
较大变异,变异系数分别为107.17%和107.03%;
金色狗尾草以叶生物量变异最大,为84.43%。总体
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表1 狗尾草和金色狗尾草无性系数量性状
Table 1 Quantitative characteristics of studied clone populations of Setaria viridis and S.glauca
性状
Characteristic
狗尾草Setaria viridis
Mean±SD  CV/%
金色狗尾草Setaria glauca
Mean±SD  CV/%
茎生物量Stem biomass/g 2.65±2.84a 107.17a 2.50±2.03a 81.20b
叶生物量Leaf biomass/g 1.84±1.96a 106.52a 1.22±1.03a 84.43b
鞘生物量Sheath biomass/g  1.21±1.27a 104.96a 0.94±0.52a 55.32b
穗生物量Spike biomass/g 1.15±1.42a 123.48a 0.51±0.32b 62.75b
总生物量Total biomass/g 6.85±7.36a 107.45a 5.16±3.89a 75.39b
生殖分蘖数Reproductive tilers number  8.53±9.13a 107.03a 3.40±2.34b 68.82b
总分蘖数Total tilers number  17.63±14.98a 84.97a 4.16±2.47b 59.38b
总株高Total tilers height/cm  800.49±737.00a 92.07a 306.72±191.96b 62.58b
注:同行同类数值标有不同小写字母表示同一测定性状不同种间差异显著(P<0.05)。
Note:Different lower case letters for the same quantitative characteristics indicate significant difference between two species at 0.05level.
图1 两种狗尾草无性系分蘖数量、生殖蘖数量、总株高与总生物量关系拟合曲线
Fig.1 Relationships between tiler number,reproductive tilers,total tiler height and total biomass in two Setariaspecies
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指标上(总分蘖数、总生物量、总株高),两种狗尾草
均以总生物量变异最大。狗尾草无性系所有数量特
征的变异系数均显著高于金色狗尾草(P<0.05)。
2.2 无性系种群总分蘖数、生殖分蘖数和总株高与
总生物量间关系
分析结果显示,两种狗尾草无性系总分蘖数、生
殖分蘖数和总株高与总生物量间均呈显著正相关性
(P<0.05)。其中,狗尾草无性系种群中总分蘖数、
生殖分蘖数、总株高与总生物量间相关系数分别为
0.888、0.883和0.969,且拟合度最好的关系模型为
幂函数正相关关系;金色狗尾草中相关系数分别为
0.828、0.885和0.935,拟合度最好的关系模型为线
性正相关关系。狗尾草无性系种群中以生殖分蘖数
增长速度为快,总分蘖数增长为慢;金色狗尾草则以
总株高增长为快,而生殖分蘖数和总分蘖数则表现
为平行增长(图1)。
2.3 两种狗尾草无性系构件生物量与总分蘖数间关系
统计分析表明,狗尾草属两物种无性系的茎、叶
和鞘生物量与总分蘖数间均呈显著正相关关系
(P<0.05),但在两物种间表现出不同增长关系。其
中,狗尾草无性系茎、叶、鞘生物量与总蘖数间拟合程
度最高的关系模型均为幂函数,相关系数分别为
0.854、0.890和0.904;金色狗尾草表现为线性增长
关系,相关系数r值0.811、0.795和0.839(图2)。
图2 两种狗尾草无性系构件生物量与总蘖数间拟合曲线
Fig.2 The curve fitting of relationship between modular biomass and total tilers number of two Setariaspecies
2.4 两种狗尾草无性系种群生物量分配
研究结果显示,狗尾草和金色狗尾草种群构件
生物量分配均呈营养构件生物量分配所占比例高于
生殖构件,营养构件生物量分配为 47.74% ~
18.18%,生殖分配为10.82%~15.04%。两个狗
尾草生物量分配均呈现茎>叶>鞘>穗。两种狗尾
草无性系种群间除鞘生物量分配外,茎、叶和穗生物
量分配间均存在显著差异(P<0.05)(图3)。
3 讨论与结论
表型可塑性是指一个基因型受到环境影响时的
表型表达,或在异质环境中所能产生的不同表型,它
被认为是植物在可变环境中最大适合度的功能反
映[14]。本研究中,如果用变异系数来衡量狗尾草和
金色狗尾草无性系种群数量特征对随机环境因子的
反映即表型可塑性[15-16],则狗尾草无性系种群较金
图3 狗尾草和金色狗尾草无性系
种群构件生物量分配间关系
Fig.3 Alocation relationship between different
modulars of two Setariaspecies
注:不同小写字母表示同一构件不同种间差异显著(P<0.05)。
Note:Different lower case letters for the same modular indicate sig-
nificant difference between two species at 0.05level.
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色狗尾草呈现出更大的表型可塑性。狗尾草无性系
除总分蘖数和总株高外,其他数量特征变异系数均
超过100%;金色狗尾草无性系变异系数最大的为
叶生物量,其值为84.43%,这表明环境因子的变化
导致狗尾草无性系数量性状呈现较大变异,金色狗
尾草则相对稳定,也表明两者均可通过种群表型可
塑性的较大变异来适应不同微环境的策略。
如果把植物组分间生长规律看作是由遗传因子
控制的,用拟合方程的确定系数R2 来估计,随机环
境影响用1-R2 来估计[16],狗尾草无性系种群在总
分蘖数、生殖分蘖数、总株高与总生物量间关系及组
分生物量与总分蘖数生长关系中,分别有78.01%~
93.98%和72.90%~81.78%是受遗传因子控制
的;金色狗尾草则降低至68.62%~87.38%和
63.24%~70.34%,表明狗尾草无性系种群数量特
征受遗传因子作用更大。在受遗传因子控制的同
时,两种狗尾草也通过各构件数量特征的改变来增
加资源获得以占据多样生境。狗尾草无性系种群通
过较大幅度的分蘖数量变化(2~62个,变异系数为
84.97%)来最大程度获得可利用资源,并通过较小
且稳定的平均株高(平均值为44.97,变异系数为
23.88%)减少对可利用资源的消耗;金色狗尾草则
通过变化幅度小的分蘖数量(1~13个,变异系数为
59.38%)和稳定、高大的分蘖株(平均值为8.64,变
异系数为29.62%)与狗尾草成为共同优势种。
狗尾草属两种无性系种群数量特征均具有较大
的表型可塑性。狗尾草无性系种群的总蘖数、生殖
蘖数和总株高与总生物量关系,茎、叶、鞘生物量与
总蘖数的关系均表现为幂函数正相关,而金色狗尾
草则呈线性增长。生物量分配在两物种间除鞘生物
量分配外,茎、叶和穗生物量分配间均存在显著差
异。
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(责任编辑 王芳)
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