全 文 :418-422
03/2013
草 业 科 学
PRATACULTURAL SCIENCE
30卷03期
Vol.30,No.03
不同温度下雌雄葎草营养生长期的生长特性
段 婧,刘金平
(西华师范大学生命科学院 西南野生动植物资源保护教育部重点实验室,四川 南充637002)
摘要:通过测定15、20、25℃培养条件下,雌雄葎草(Humulus scandens)单株营养生长期持续时间,根、茎、叶等构
件数量性状及鲜质量、干质量和生物量分配等指标,分析温度对营养生长期雌雄葎草生长特性的影响。结果表
明,温度对葎草营养生长持续期有极显著影响(P<0.01),雌株比雄株更易受影响;温度极显著影响根、茎、叶等构
件数量性状及其鲜质量与干质量;温度极显著影响营养生长期雌、雄葎草单株的生物量总量及构成,雄株通过减
少叶生物量、雌株通过增加根系生物量来为生殖生长提供物质基础。
关键词:葎草;雌雄异株;温度;构件;生物量
中图分类号:S816;S812.29 文献标识码:A 文章编号:1001-0629(2013)03-0418-05
葎草(Humulus scandens)又称拉拉秧、拉拉
藤,为桑科葎草属雌雄异株植物,一年生或多年生草
质藤本。主要生长在荒山荒坡及沟边、路旁、宅旁、
荒废区域,单优势种群。由于其适应范围广、生长迅
速、蔓延覆盖力强,在荒坡沟壑的绿化中有极大的潜
力[1]。葎草可作鲜嫩饲草、青贮和干粉饲料及饲料
添加剂等,增加禽畜对环境的适应能力,增强消化吸
收机能[2-3]。葎草含葡萄糖苷、胆碱、鞣质、挥发油、
天门冬酰胺、草酮等化学成分,营养物质和生物活性
激素类物质,促进生长因子等成分,具有清热解毒、
消於利尿、抗菌消炎、健胃抑菌、抑制病毒等功能,有
利于人和动物的免疫力提高、疾病防治等[4]。同时,
野生葎草为农田和园林绿化的重要杂草,加强对野
生葎草资源的研究,探讨其生长、生理、生态特点,对
杂草有效控制及“变废为宝”式开发利用具有重要意
义。
由于雌雄性别的分株表达,雌雄异株植物在环
境胁迫下维持种群稳定性的能力比其他植物更加薄
弱,环境胁迫对雌、雄株光合作用能力、生物量分配、
水分利用效率以及凋落物降解等方面的影响,是雌
雄异株植物研究的热点问题[5],其中不乏温度对雌
雄植物胁迫方面的研究[6-7]。近年来,对雌雄异株草
本植物的研究报道远少于木本植物。对乔、灌木的
研究结果表明,环境胁迫对雌雄个体的生理、生态和
生化的影响,引起性别间在生长、形态、生殖、分布以
及抗逆性等方面表现出明显的差异[8],从而引起种
群性比组成逐渐发生变化,种群繁殖能力下降,最终
导致种群所在的生态系统的组成、结构和功能发生
改变。目前,关于葎草的研究主要集中在营养成分、
药物成分及饲喂效果评价方面[9-11],对野生葎草种
群的雌雄株形态、性比、生殖投入、种子活性等方面
也进行了较为系统的研究[12-14]。本研究采用构件分
析法,设置3个温度梯度,通过测定雌雄葎草营养生
长期的根、茎、叶等构件数量与性状的变化,研究雌
雄株的营养生长持续期、构件性状及生物量分配对
温度响应的性别差异,以期为胁迫环境下葎草种群
形成、适应度及种群扩繁等研究奠定基础,为雌雄异
株植物资源保护利用、生态系统可持续发展及社会
经济发展提供科学依据。
1 材料与方法
1.1试验材料与设计 试验在四川南充市进行,
该区属典型的中亚热带湿润季风气候区,年均温
17.4℃,最高温40.1℃,最低温-2.8℃,年日照
时数1 266.7h,平均有霜期仅13.7d,年降水量
1 020.8mm。
以当地采集的野生葎草种子为材料,该植物种
子难以区分性别,假定雌雄性比为1∶1。于2011
年3月,采用高34cm、口径50cm的塑料花盆,将
① 收稿日期:2012-08-15 接受日期:2012-11-13
基金项目:国家科技支撑计划(2011BAD17B03);四川省科技支撑计划(2011NZ0064);四川省教育厅(08zc008)
作者简介:段婧(1988-),女,四川渠县人,在读硕士生,研究方向为植物生态学。E-mail:duanj227@163.com
通信作者:刘金平(1972-),男,山西临县人,副教授,博士,研究方向为植物生态学。E-mail:jpgg2000@163.com
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河沙∶腐殖土以1∶1均匀混合作为基质,按每盆
10粒种子繁殖,共30盆。在25℃左右的室内培
养,期间进行正常水分管理。3月下旬出苗后每盆
按3株均匀定苗;1~2对真叶时,随机10盆分为1
组,分别移入15、20、25℃的人工气候培养箱中,12
h光照/12h黑暗进行培养,光照强度为1 300lx,相
对湿度为32%。
1.2测定指标与方法 营养生长期:从出苗到花
序出现的持续时间。
叶的性状及数量:相同温度处理组全部出现花
序后,每组随机选取雌、雄各3株(雌株花序为穗状
花序,雄株为圆锥花序),测定叶片叶长、叶宽、单叶
面积(坐标低法)、总叶片数,3次重复。
茎的性状及数量:测叶性状的同时,测定茎的节
间长、茎直径、最长茎长(直尺法)和分枝数,3次重
复。
根的性状:测定茎叶的同时,出盆冲洗泥土后测
定根长。
鲜质量与干质量:清洗根、茎、叶,用吸水纸吸
干,分别称鲜质量后,装入信封,在105℃下烘至质
量恒定,测定干质量。
生物量比例:各构件生物量(干质量)占单株总
生物量(根、茎、叶的干质量之和)的百分比。
1.3数据分析 用SPSS 16.0软件进行双因素方
差分析。
2 结果与分析
2.1温度对营养生长持续期和叶性状的影响
温度对葎草营养生长持续期出现显著影响(P<
0.05)(表1)。在20℃处理下营养期最短,约为28
d,仅为25℃的营养生长持续期的一半左右。雌、雄
株性别间差异显著,在20℃时雌株先于雄株完成营
养生长,而15、25℃时雄株先于雌株完成营养生长。
方差分析表明,在性别间、温度间及互作间,营养生
长持续期均有显著差异。
葎草雌雄株叶宽和单叶面积受温度影响差异显
著(P<0.05),性别间差异不显著(表1)。叶长在性
别间、温度间差异均显著。25、20℃下,雄株的总叶
数均略高于雌株。25℃时雌株的单叶面积大于雄
株,在15、20℃时雄株单叶面积大于雌株;且雌株的
单叶面积随温度升高先减小再增大,雄株无规律。
叶长、叶宽、单叶面积在温度与性别互作间差异均显
著。
2.2温度对茎、根系性状的影响 雌、雄株茎的
分枝数、茎长度、茎直径及节间长在温度间差异显著
(P<0.05),性别间除分枝数外,均差异不显著(P>
0.05)。分枝数和茎直径在温度和性别间的互作效
表1 营养生长持续期及叶性状对温度响应的差异
Table 1 Duration of vegetative growth and leaf traits in response to temperature
温度
Temperature/℃
性别
Sex
营养持续期
Duration/d
叶长Leaf
length/cm
叶宽Leaf
width/cm
单叶面积Single
leaf area/cm2
总叶数
Leaf number
25 F 67.00±1.38Aa 3.87±0.14Aa 5.18±0.22Aa 13.10±0.86Aa 10.00±0.44Aa
M 56.00±0.98Ba 3.43±0.10Ba 4.62±0.16Ab 10.51±0.64Ab 11.00±0.31Aa
20 F 28.00±0.98Bc 2.45±0.14Bc 3.20±0.22Ab 5.28±0.86Ab 7.00±0.31Ab
M 30.00±1.38Ac 3.30±0.22Ab 4.88±0.34Aa 11.15±1.36Aa 8.00±0.44Ab
15 F 50.00±0.98Ab 3.11±0.14Bc 3.90±0.22Ab 8.05±0.86Ab 8.00±0.31Ab
M 40.00±1.38Bb 3.15±0.16Ac 4.04±0.24Ab 8.25±0.96Ab 8.00±0.44Ab
T P<0.001 P=0.234 P<0.001 P<0.001 P<0.001
S P<0.001 P<0.001 P=0.43 P=0.142 P<0.05
T×S P<0.001 P=0.001 P<0.001 P<0.001 P=0.331
注:F表示雌株,M表示雄株,S表示性别,T表示温度,T×S表示性别与温度互作。同列不同大写字母表示性别间差异显著
(P<0.05),同列不同小写字母表示温度间差异显著(P<0.05)。下同。
Note:F,Female;M,Male;S,Sex;T,Temperature;T×S,Interaction between temperatwre and sex.Different capital letters indi-
cate significant difference between genders at 0.05level;different lower case letters within the same column indicate significant
difference among temperatures at 0.05level.The same below.
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表2 茎性状及根性状对温度响应的差异
Table 2 Traits of stem and root in response to temperature
温度
Temperature/℃
性别
Sex
单株总分枝数
Total branch number
最长茎长 Maximum
stem length/cm
茎直径Stem
diameter/cm
节间长Internode
length/cm
根长Root
length/cm
25 F 5.00±0.38Aa 48.00±8.75Aa 0.19±0.11Aa 6.70±1.23Ab 34.00±5.40Ba
M 2.50±0.27Ba 45.50±6.69Aa 0.16±0.76Ab 4.80±0.96Aa 34.75±3.82Aa
20 F 1.50±0.27Ac 12.60±6.19Ab 0.66±0.80Ab 1.89±0.95Ab 38.50±3.82Aa
M 1.00±0.38Bc 24.00±8.75Ab 0.20±0.11Aa 3.45±1.23Ab 15.00±5.40Ba
15 F 3.00±0.27Ab 18.50±6.19Ab 0.18±0.80Aa 3.56±0.95Aa 32.75±3.82Aa
M 2.00±0.38Bb 11.50±8.75Ab 0.21±0.13Aa 2.38±1.50Ab 11.00±5.40Ba
T P<0.001 P≤0.01 P<0.05 P<0.05 P<0.05
S P<0.001 P=0.919 P=0.053 P=0.058 P<0.05
T×S P<0.05 P=0.460 P<0.05 P=0.259 P<0.05
应显著(表2)。所有温度下,雌株分枝数均大于雄
株。20℃时雌雄株分枝数均最少。随温度升高,雄
株茎长度和节间长性状显著升高;雌株则没有明显
的规律;雄株茎直径性状显著下降,除15℃外且始
终小于雌株,雌株无明显的规律,仅20℃时茎直径
达到最大值。
雌、雄株根长在温度间、性别间及互作间均差异
显著(P<0.05)。随温度升高,雌株根长先增后降,
但雄株根系则越来越长。可见,雌株的根系对温度
胁迫的抗性显著高于雄株,这或许就是野生种群中
雌雄性比失衡的主要原因。
2.3温度对各构件鲜质量和干质量的影响
葎草雌雄植株根、茎、叶的鲜质量与干质量在温度和
性别间均表现出显著差异(P<0.05)(表3)。雌株
根、叶的鲜质量和干质量在不同温度水平下均显著
大于雄株,茎的鲜质量和干质量仅在20℃时小于雄
株。雌、雄株根的鲜、干质量均随着温度上升逐渐增
大。雌雄株茎、叶则没有类似的规律。各构件的鲜
质量的温度与性别互作效应显著。
2.4温度对单株生物量及其构成的影响 温
度对葎草雌、雄单株生物总量的影响差异显著(P<
0.05)。性别间生物总量差异亦显著,雌株的生物总
量大于雄株(表4)。随着温度升高,根的生物量比
例逐渐增大,且雌株均大于雄株,增长幅度基本一
致。茎、叶的生物量比例在性别间差异显著。随着
温度升高,雄株茎生物量比例逐渐增大;雌株茎生物
量比例先降低再升高。随着温度升高,雌株叶的生
物量比例先增后降,20 ℃时达到最大值;雄株叶生
表3 构件生物量对温度响应的差异
Table 3 Component biomass in response to temperature
温度
Temperature/℃
性别
Sex
鲜质量Fresh weight/g
根Root 茎Stem 叶Leaf
干质量 Hay weight/g
根Root 茎Stem 叶Leaf
25 F 1.06±0.38Aa 4.26±0.25Aa 3.76±0.26Aa 0.51±0.03Aa 0.79±0.08Aa 1.02±0.08Aa
M 0.50±0.03Ba 2.13±0.18Ba 1.37±0.19Ba 0.30±0.02Ba 0.56±0.06Ba 0.66±0.06Ba
20 F 0.19±0.03Ab 0.42±0.18Bc 1.05±0.19Ab 0.14±0.02Ab 0.13±0.06Bc 0.38±0.06Ac
M 0.16±0.04Bb 0.64±0.25Ac 0.56±0.26Bb 0.09±0.03Bb 0.16±0.08Ab 0.22±0.09Bc
15 F 0.17±0.03Ab 1.35±0.18Ab 1.49±0.19Ab 0.11±0.02Ab 0.35±0.06Ab 0.58±0.06Ab
M 0.11±0.04Bb 0.75±0.25Bb 0.64±0.26Bb 0.06±0.03Bb 0.15±0.08Bc 0.40±0.09Bb
T P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001
S P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.001 P<0.05 P<0.001
T×S P<0.001 P<0.001 P=0.001 P<0.001 P=0.155 P=0.386
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表4 生物量分配对温度响应的差异
Table 4 Biomass distribution in response to temperature
温度
Temperature/℃
性别
Sex
生物量分配Blomass distribution/%
根Root 茎Stem 叶Leaf
生物总量
Total biomass/g
25 F 21.84±0.17Aa 33.92±2.51Ba 44.24±2.51Bc 2.31±0.176Aa
M 19.79±0.12Ba 35.80±1.78Aa 44.41±1.78Ac 1.52±0.124Ba
20 F 21.80±0.12Ab 19.04±1.78Bc 59.06±1.78Aa 0.65±0.124Ac
M 18.27±0.17Bb 35.09±2.51Ab 46.64±2.51Bb 0.47±0.176Bc
15 F 10.04±0.12Ab 32.44±1.78Ab 57.52±1.78Bb 1.03±0.124Ab
M 9.46±0.17Bb 25.80±2.51Bc 64.74±2.51Aa 0.61±0.176Bb
T P<0.001 P<0.05 P<0.001 P<0.001
S P<0.001 P<0.05 P<0.001 P<0.001
T×S P=0.001 P<0.001 P<0.001 P=0.161
物量比例则逐渐降低,在25℃时与雌株基本持平。
由此可知,雌雄株应对不同温度时,根茎叶生物量分
配方式各不相同。随着温度上升雄株倾向于减少叶
片的有机物含量,雌株则通过根的延伸以吸取更多的
营养物质为接下来的生殖生长提供物质基础。根、
茎、叶的生物量分配的温度与性别互作效应显著。
3 讨论与结论
雌雄异株植物生理和生态存在着性别差异,在
生长、存活、生殖格局、空间分布等方面表现出明显
不同[15-17],通常认为雌株比雄株有更高的繁殖成
本[18-19]。雌、雄株在营养生长期,对不同环境的应对
方式直接关系到种群的形成、性比、空间格局和种群
的发展趋势。据长期野外观察发现,不同生境下葎
草种群的营养期差异很大,在生境良好时,第1年只
进行营养生长,而不良生境条件下的种群,营养生长
期很短,仅为50d左右就转入生殖生长[13]。本研
究仅通过控制温度单个生态因子,发现雌雄葎草对
温度的响应存在着性别差异。温度是控制植物由营
养生长向生殖生长转变的临界因子。不同植物的成
花各自有其一定范围的温度需求,温度过低或过高
都会抑制花的分化发育。依据本研究结果,可推断
出20℃是最接近葎草花器官发育的温度。
植物的春季物候,如发芽、展叶、开花的时期主
要取决于气温的高低[20],果实或种子的成熟等主要
取决于果实生长期的积温[21]。本研究表明,温度对
葎草构件数量、生物量结构及繁殖策略均有显著影
响,并且雌雄个体表现出明显的性别差异,雌株对温
度的响应更敏感,特别在20℃时,雌株先于雄株进
入生殖生长阶段为花序分化及种子发育奠定物质基
础。繁殖投资的不同也导致了雌、雄株的生长策略
不同,雌性较于雄性由于繁殖方面的高资源投资降
低了其营养生长[8]。本研究中,雌株在低温条件下,
由多分枝逐渐转变为少分枝或者无分枝,茎矮壮、节
间缩短,单叶面积小,根的生长加快变长,同时生物
量分配上根的比例增大。但雄株的分枝数和单叶面
积的变化较雌株小,尤其根系明显小于雌株。可见,
雄株与雌株在营养、水分、空间等资源的竞争处于劣
势,雌株的有效利用资源率明显高于雄株。营养生
长是植物生殖生长的基础,温度对营养期葎草雌雄
株形态的影响必然会影响生殖生长以及葎草种群性
比和种群空间分布。生殖生长与营养生长密不可
分,本研究仅在形态水平上研究葎草雌雄株的差别,
关于花、果实以及生理生化方面还有待进一步研究。
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Gender differences analysis of apparent traits of Humulus scandens in
response to temperature in the vegetative growth stage
DUAN Jing1,LIU Jin-ping2
(Colege of Life Sciences of China West Normal University and Key Laboratoty of Ministry of
Education on Southwest China Wildlife Resources Conservation,Nanchong 637002,China)
Abstracts:Through determination of the vegetative growth duration of individual male and female Humu-
lus scandens,the data of quantitative traits of components(root,stem,leaf),fresh weight,dry weight and
biomass alocation,this paper analyzes the impact that temperature has on the growth characteristics of
male and female Humulus scandens during their vegetative period under culture conditions with tempera-
ture of 15℃,20℃,and 25℃.The results show that temperature has a significant influence on the vege-
tative growth duration of Humulus scandens(P<0.01).Female plants are more sensitive than male plants
to temperature,temperature also significantly affects the data of quantitative traits of components(root,
stem,leaf),fresh weight,and dry weight and the same influence can be seen on the constitution and total
biomass of the single female and male Humulus scandens in the vegetative growth stage.Material basis for
reproductive growth is supported by male and female Humulus scandens,through reducing leaf biomass
and increasing root biomass respectively.
Key words:Humulus scandens;dioecism;temperature;component;biomass
Corresponding author:LIU Jin-ping E-mail:jpgg2000@163.com
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