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Sexspecific Responses of Flowering Phenology and Floral Morphology of Humulus scandens to Drought

葎草雌雄植株开花物候和花器官对干旱的响应差异



全 文 :葎草雌雄植株开花物候和花器官对干旱的响应差异∗
杨  帅1ꎬ 王碧霞1ꎬ2ꎬ 胥  晓1ꎬ2∗∗ꎬ 郇慧慧1ꎬ 秦  芳1ꎬ 陈梦华1
(1 西华师范大学生命科学学院ꎬ 四川 南充  637002ꎻ 2 西南野生动植物资源
保护教育部重点实验室ꎬ 四川 南充  637002)
摘要: 以葎草 (Humulus scandens) 为实验材料ꎬ 在控制土壤水分的条件下探究干旱对雌雄异株植物开花
物候和花器官形态的影响ꎬ 结果表明: 干旱胁迫将导致葎草雌雄种群花期提前ꎬ 花期持续时间延长ꎬ 雌花
将比雄花提早开放ꎻ 干旱胁迫下雄花的花序轴长、 花序轴直径和花药粒径长均分别显著减小 24􀆰 81%ꎬ
29􀆰 07%和 5􀆰 14% (P<0􀆰 001ꎬ P= 0􀆰 003ꎬ P= 0􀆰 024)ꎬ 花粉活力和花粉含量显著下降ꎻ 干旱胁迫导致雌花
的花序轴长、 柱头长度和花序的平均花数量显著增大 9􀆰 78%ꎬ 70􀆰 62%和 57􀆰 04% (P = 0􀆰 039ꎬ P<0􀆰 001ꎬ
P<0􀆰 001)ꎻ 干旱胁迫下种子粒径长、 种子粒径宽、 种子单粒重和种子千粒重分别显著下降 12􀆰 12%、
12􀆰 59%、 43􀆰 43%和 15􀆰 38% (显著度水平均为 P<0􀆰 001)ꎻ 干旱胁迫下雌雄植株的地上部分生物量均显著
降低 (P= 0􀆰 002ꎬ P= 0􀆰 020)ꎬ 且雌株的生殖投入在干旱胁迫下显著高于雄株 (P= 0􀆰 049)ꎮ 研究结果表明
了葎草雌雄植株开花物候及花器官对干旱的响应明显不同ꎮ 与雄株相比ꎬ 雌株在干旱胁迫下增加了生物量
向生殖器官的分配ꎬ 从而最大程度地减轻胁迫对其繁殖能力的影响ꎮ
关键词: 干旱ꎻ 开花物候ꎻ 花形态ꎻ 雌雄差异
中图分类号: Q 945ꎬ Q 948          文献标识码: A          文章编号: 2095-0845(2014)05-653-08
Sex ̄specific Responses of Flowering Phenology and Floral
Morphology of Humulus scandens to Drought
YANG Shuai1ꎬ WANG Bi ̄Xia1ꎬ2ꎬ XU Xiao1ꎬ2∗∗ꎬ HUAN Hui ̄Hui1ꎬ QIN Fang1ꎬ CHEN Meng ̄Hua1
(1 College of Life Scienceꎬ China West Normal Universityꎬ Nanchong 637009ꎬ Chinaꎻ 2 Key Laboratory of Southwest China
Wildlife Resources Conservation (China West Normal University)ꎬ Ministry of Educationꎬ Nanchong 637009ꎬ China)
Abstract: In this paperꎬ sex ̄specific differences in flowering phenology and floral morphology of Humulus scandens
were tested using a pot experiment under water ̄controlled condition. Obvious differences between the male and fe ̄
male individuals were observed in response to different water regime. Drought stress induced H􀆰 scandens population
to flower earlier and last longer. Compared with malesꎬ flowers of female opened earlier. Moreoverꎬ inflorescence axis
lengthꎬ inflorescence axis diameter and anther length in drought ̄stressed males were significantly reduced 24􀆰 81%ꎬ
29􀆰 07%ꎬ and 5􀆰 14% (P<0􀆰 001ꎬ P = 0􀆰 003ꎬ P = 0􀆰 024)ꎬ respectively. Concomitantlyꎬ pollen quantity and the
pollen vitality were also decreased significantly. In contrastꎬ the inflorescence axis lengthꎬ style length and average
number of flowers per inflorescence in drought ̄stressed females were increased 9􀆰 78%ꎬ 70􀆰 62%ꎬ and 57􀆰 04% (P=
0􀆰 039ꎬ P<0􀆰 001ꎬ P<0􀆰 001)ꎬ respectively. Furthermoreꎬ the seed lengthꎬ and seed widthꎬ single ̄seed weightꎬ
and 1000 ̄seed weight under drought stress were significantly reduced 12􀆰 12%ꎬ 12􀆰 59%ꎬ 43􀆰 43%ꎬ and 15􀆰 38%ꎬ
respectively (P<0􀆰 001). On the other handꎬ compared with contrastꎬ the aboveground biomass decreased signifi ̄
cantly in both male and female H􀆰 scandens individuals under drought stress (P= 0􀆰 002ꎬ P= 0􀆰 020). Howeverꎬ the
植 物 分 类 与 资 源 学 报  2014ꎬ 36 (5): 653~660
Plant Diversity and Resources                                    DOI: 10.7677 / ynzwyj201414021

∗∗
基金项目: 四川省教育厅项目 (12ZB142)
通讯作者: Author for correspondenceꎻ E ̄mail: xuxiao_cwnu@163􀆰 com
收稿日期: 2014-02-16ꎬ 2014-06-19接受发表
作者简介: 杨  帅 (1987- ) 男ꎬ 硕士研究生ꎬ 研究方向为植物生理生态ꎮ E ̄mail: 14781701706@163􀆰 com
reproductive investment of females was significantly higher than males under drought stress (P= 0􀆰 049). In a wordꎬ
effects of drought stress on flowering phenology and floral organs are significantly different between two sexes. To al ̄
leviate the negative influences on reproductive ability caused by droughtꎬ females of H􀆰 scandens individuals may al ̄
locate more biomass to reproductive organs than males under drought stress.
Key words: Droughtꎻ Flowering phenologyꎻ Floral morphologyꎻ Sexual differences
  近年来随着极端干旱气候事件的增加ꎬ 亚
热带干旱半干旱地区的年际降水格局发生了较大
改变 (Christensen 等ꎬ 2007)ꎮ 这种变化对当地
植物物候及生态系统产生的巨大影响将超过单一
温度和二氧化碳或两者结合带来的影响 (Welt ̄
zin等ꎬ 2003)ꎬ 并严重影响物种的分布、 植被的
组成和结构 (Peñuelas等ꎬ 2004ꎻ Parmesanꎬ 2006ꎻ
Cleland等ꎬ 2007)ꎮ 已有的研究表明ꎬ 干旱对开
花物候和花器官发育均有显著影响ꎬ Jentsch 等
(2009) 模拟中世纪欧洲的极端干旱天气对 10
种草本和木本杜鹃花科植物的影响后发现ꎬ 32 d
的严重干旱显著提前了所有物种的半花期 4 dꎬ
延长花期持续时间 4 dꎮ Fernández等 (2010) 也
发现不同时期和不同程度的灌溉强度将会使枇杷
(Eriobotrya japonica) 开花和收获的季节提前ꎮ
然而ꎬ 也有研究表明小麦 ( Triticum aestivum)
对不同水分胁迫响应不一ꎬ 轻度水分胁迫下花期
提前ꎬ 而重度胁迫下花期推迟 (Angus 和 Mon ̄
curꎬ 1977)ꎮ 此外ꎬ 研究显示干旱显著抑制了植
物繁殖器官的生长发育ꎬ 如澳洲坚果 (Maca ̄
damia integrifolia) 在严重干旱下花器官发育不
良ꎬ 花序和柱头长度缩短ꎬ 花粉萌发率低ꎬ 花粉
管生长速度慢ꎬ 座果率低ꎬ 同时幼果生长受抑制
(刘建福等ꎬ 2004)ꎮ 鹰嘴豆 (Cicer arietinum)
在极端干旱下花数量减少 66%ꎬ 花夭折率增高
16􀆰 51%ꎬ 导致种子产量下降 24%ꎬ 同时花粉活
力和萌发率分别下降 50%、 89% (Fang 等ꎬ 2010)ꎮ
Carroll和 Pallardy (2001) 研究了柳兰 (Epilobi ̄
um angustifolium) 在花期干旱条件下花特征的表
达ꎬ 发现花大小和花蜜含量与水分胁迫呈显著负
相关ꎮ 然而ꎬ 上述关于开花物候及花器官发育的
研究多针对雌雄同株或雌雄同花的植物ꎬ 而有关
干旱对雌雄异株植物开花物候及花器官发育影响
的研究还相对甚少ꎮ
在植物界 30多万的被子植物中还存在 4% ~
10%的雌雄异株植物ꎮ 作为陆地生态系统的重要
组分ꎬ 雌雄异株植物近几年开始引起人们的重
视ꎬ 并在抗逆性、 繁殖分配、 性比格局等方面取
得了一些列的成果ꎬ 如干旱处理下野牛草 (Bu ̄
chloe dactyloides) 雄株较雌株具有更强的保水能
力 (李德颖ꎬ 1996)ꎻ 铝胁迫下青杨 ( Populus
cathayana) 雄株较雌株抗逆性更强 (李俊钰等ꎬ
2012)ꎮ Popp 和 Reinartz (1988) 发现生长于开
阔田间的多刺岑树 ( Xanthoxylum americanum)
雄株较雌株将更多的资源分配到营养生长ꎬ 而繁
殖分配较少ꎮ 干旱生境中梣叶槭 (Acer negundo)
性比显著偏向雄性ꎬ 潮湿的河滨环境中显著偏雌
性 (Dawson和 Ehleringerꎬ 1993)ꎮ 上述研究一致
表明雌雄异株植物由于性别分株表达及不同的生
殖成本在胁迫环境下将表现出不同的适应机制ꎮ
因此ꎬ 我们推测雌雄植株对胁迫环境的不同适应
机制很有可能在二者的开花物候及花器官的发育
方面体现出来ꎮ 一旦该推测得到证实ꎬ 则雌雄异
株植物种群的性别将因雌雄植株间的繁育受限而
发生变化ꎬ 进而影响种群所在生态系统的格局和
稳定ꎮ
葎草 (Humulus scandens L.) 又名拉拉秧、 拉
拉藤ꎬ 属于桑科 (Moraceae) 葎草属 (Humulus)ꎬ
是一种一年生或多年生雌雄异株的草质藤本ꎬ 主
要生长在荒山荒坡及沟边ꎬ 路旁、 宅旁、 荒废区
域ꎬ 生长迅速、 分布范围广ꎬ 我国除新疆、 青海
外ꎬ 南北各省区均有分布ꎮ 鉴于该物种是常见的
雌雄异株草本植物ꎬ 生长迅速、 分布范围广、 生
长周期短ꎬ 非常适合作为研究干旱对雌雄异株植
物开花物候及花器官影响的实验材料ꎬ 故本研究
以其作为实验材料ꎮ 通过研究干旱胁迫下葎草雌
雄植株花期及花器官形态变化特征ꎬ 旨在解决
以下科学问题: 1) 雌雄植株的花期物候和花形
态对干旱胁迫是否具有不同的响应? 2) 哪种性
别更能有效地避免干旱胁迫对繁育器官的负面
影响? 研究结果可能揭示干旱逆境下雌雄植株间
的不同生殖响应策略ꎬ 从而为进一步研究未来
456                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 36卷
干旱气候对雌雄异株植物种群繁衍能力的影响奠
定理论基础ꎮ
1  材料和方法
1􀆰 1  材料和实验设计
供试葎草采自四川省南充市郊西华师范大学生命科
学学院新校区ꎬ 所在地区属亚热带湿润季风气候ꎬ 年均
温度 15􀆰 6 ~ 17􀆰 4 ℃ꎬ 相对湿度 76% ~ 86%ꎬ 年均降雨量
980~1 150 mmꎬ 年日照时数 1 215~1 530 hꎮ 2013年 6月开
始随机挖取株高 5~ 10 cm的幼苗 120株 (幼苗性别难以
区分ꎬ 雌雄性别大致约为 1∶ 1) 移栽于盛有匀质土壤 (紫
色土)、 体积为 10 L的塑料盆 (规格 30 cm × 24 cm) 中ꎬ
土壤取自西华师范大学生命科学学院试验地ꎬ 土壤田间
持水量为 14􀆰 37% (环刀法)ꎬ 每盆取土 10 kgꎬ 缓苗一周ꎮ
为了防止土壤水分的蒸发或渗漏ꎬ 对照组 (CK) 和干旱
组 (D) 盆内均套有塑料袋 (土壤置于塑料袋内)ꎮ
实验采取性别 (雌 /雄) 和干旱双因素随机设计ꎮ
选取长势大致相同的幼苗 60株分为 2组ꎬ 对照组 (CK)ꎬ
干旱组 (D)ꎬ 每组 30 株ꎮ 为排除降雨影响ꎬ 干旱处理
组在生长室内进行ꎬ 生长室四面由 PC (聚碳酸酯) 材
料构成ꎬ 透光率达 90%ꎬ 对照组于自然环境中ꎮ 6 月 13
日开始进行胁迫处理ꎬ 每日 18 ∶ 00称重ꎬ 并补充当天失
去的水分ꎬ 以保证土壤含水量控制在田间持水量的 (30
± 5)%ꎬ 连续控水直至所有植株开花ꎬ 期间对照组给予
充足水量ꎮ
1􀆰 2  测定指标和方法
1􀆰 2􀆰 1  花期物候   胁迫处理后隔天观察ꎬ 当胁迫组与
对照组首花后改为每日观察ꎬ 记录各个处理组雌雄株的
开花时间ꎮ 在葎草花期ꎬ 对照组和处理组分别选择长势
良好具有代表性的雌雄植株 5 株进行观测ꎬ 选择每株主
茎的不同离基部位ꎬ 随机各选取 5 个花序进行标记ꎬ 研
究开花习性ꎬ 观察花序始花期 (25%花朵开放)、 半花
期 (50%花朵开放) 开花末期 (75%花朵开放) 并记录
花期持续时间ꎮ
1􀆰 2􀆰 2  雄花指标的测定  采样于 2013年 8月 20日上午
8 ∶ 00 - 9 ∶ 00 进行ꎬ 用于指标测定的花序采于盛花期
(50%以上小花盛开) 离基不同的 3 个部位ꎬ 其中待测
定的雄花花药绿色发黄处于即将开裂的状态ꎮ 干旱处理
组与对照组各选取 5 株ꎬ 每株选 5 个花序ꎮ 利用游标卡
尺与直尺进行花序轴长、 轴茎、 花药粒径等指标的测
定ꎬ 其中花药粒径测定部位取花药最大处相互垂直的 2
个方向ꎮ 选取即将绽开小花 30朵ꎬ 加水 1 500 μL于研钵
中研碎ꎬ 使花粉充分散出ꎬ 制成花粉悬浮液ꎬ 血球计数
板计数测定花药花粉量ꎬ 重复进行 3 次ꎮ 同时取即将开
裂的花药ꎬ 将花药囊 (5个 /花药) 小心取出置于载玻片
上ꎬ 加一滴蒸馏水用镊子将花药囊夹碎使花粉充分散
出ꎬ 然后加 1~2滴 0􀆰 5%TTC溶液 (准确称取 0􀆰 5 g三苯
基氯化四氮唑ꎬ 溶于少量蒸馏水中并定容至 100 mLꎬ 调
整溶液 pH 7 ± 0􀆰 5)ꎬ 盖上盖玻片ꎮ 将制片于 35 ℃恒温
箱中放置 15~ 20 minꎬ 然后置于低倍显微镜下观察ꎮ 凡
被染为红色的活力强ꎬ 淡红的次之ꎬ 无色者为没有活力
的花粉或不育花粉ꎮ 每株观察 2~3个花药ꎬ 每个花药制
1个装片ꎬ 每片取 5 个视野ꎬ 统计 100 粒ꎬ 重复 5 次ꎬ
然后计算花粉的活力百分率ꎮ
1􀆰 2􀆰 3  雌花指标的测定  2013 年 8 月 24 日分别取各处
理形态正常ꎬ 盛花期花序 (小花 50%以上开放)ꎬ 用游
标卡尺、 直尺和显微镜分别进行花序长度、 花数 /花序、
柱头长度等指标的测定ꎬ 每株统计 5个花序ꎬ 重复 5次ꎮ
同时取各处理盛花期花序ꎬ 解剖镜下分出每一朵小花ꎬ
并用称量纸包好ꎬ 置于烘箱中 100 ℃ 1 hꎬ 60 ℃烘至恒
重ꎬ 测定单花生物量指标ꎮ
1􀆰 2􀆰 4  种子形态指标及千粒重的测定  实验结束后ꎬ 收
集各处理种子ꎬ 利用游标卡尺进行种子粒径大小的测
定ꎬ 粒径测定部位取种子最大处相互垂直的 2 个方向ꎮ
同时将各处理种子 1 200 粒置于烘箱中 100 ℃下 1 hꎬ
60 ℃烘至恒重ꎬ 进行种子单粒重及千粒重指标的测定ꎮ
1􀆰 2􀆰 5  生物量及分配的测定  实验过程中取处理组及对
照组雌雄植株各 5株标记ꎬ 将雌雄花序 (70%开花) 及
时剪下并分别保存编号ꎬ 记为生殖生物量ꎮ 待不再产生
新花序时收获植株地上部分ꎬ 洗净后装袋ꎬ 置于烘箱
100 ℃下 1 hꎬ 60 ℃烘至恒重ꎮ 然后进行植株地上部分生
物量及生殖分配指标 (花生物量 /地上总生物量) 的测定ꎮ
1􀆰 3  数据处理与分析
采用 SPSS19􀆰 0 统计软件进行数据分析ꎮ 平均值间
的比较采用单因素方差分析 ( one ̄way ANOVA)ꎻ 采用
Duncan多重比较检验 (Duncan′s Multiple Range Test)ꎻ
采用多因素方差分析性别与处理间的交互作用ꎮ 显著性
水平设定为 α= 0􀆰 05ꎮ
2  结果和分析
2􀆰 1  干旱胁迫对葎草花期的影响
从表 1中可看出ꎬ 干旱胁迫下雌株首花时间
为 7月 28 日ꎬ 较对照组 8 月 8 日提前 11 dꎬ 雄
株首花时间为 8月 6日ꎬ 较对照组 8月 9日ꎬ 提前
3 dꎮ 干旱胁迫组雌雄株首花时间相差 10 dꎬ 而对
照组雌雄株基本一致ꎮ 干旱显著提前葎草雌雄始
花期 (P=0􀆰 003)、 半花期 (P = 0􀆰 010)ꎬ 延长花
期持续时间并达到显著水平 (P=0􀆰 002)ꎮ 与雌花
相比ꎬ 干旱胁迫显著延长了雄花的花期持续时
间ꎮ 此外ꎬ 葎草雌雄始花期显著受到性别与干旱
的交互影响 (P= 0􀆰 040)ꎮ
5565期                    杨  帅等: 葎草雌雄植株开花物候和花器官对干旱的响应差异                     
表 1  干旱对葎草开花及花期持续时间的影响
Table 1  Effects of drought stress on flowering and duration of Humulus scandens
组别 Group 性别 Sex 始花期Onset ̄flower time
半花期
Mid ̄flower time
花期持续时间
Flowering duration
首花时间
First flowering time
CK F 9􀆰 32 ± 0􀆰 26b 19􀆰 40 ± 0􀆰 14b 12􀆰 96 ± 0􀆰 29ab 2013􀆰 08􀆰 08
M 10􀆰 28 ± 0􀆰 24a  20􀆰 76 ± 0􀆰 07a 12􀆰 20 ± 0􀆰 61b 2013􀆰 08􀆰 09
D F 7􀆰 28 ± 0􀆰 22c 17􀆰 92 ± 0􀆰 33c 14􀆰 16 ± 0􀆰 44a 2013􀆰 07􀆰 28
M 9􀆰 32 ± 0􀆰 24b 19􀆰 68 ± 0􀆰 36b 14􀆰 28 ± 0􀆰 40a 2013􀆰 08􀆰 06
Fs 0􀆰 003∗∗ 0􀆰 001∗∗∗ 0􀆰 590ns —
P Fd 0􀆰 003∗∗ 0􀆰 010∗∗ 0􀆰 002∗∗ —
Fs × Fd 0􀆰 040∗   0􀆰 446ns 0􀆰 344ns —
CK: 对照 Controlꎻ D: 干旱 Droughtꎻ F:雌株 Femaleꎻ M:雄株Maleꎻ Fs:性别 Sex effectꎻ Fd: 干旱胁迫处理 Drought stress effectꎻ Fs × Fd:
性别与干旱交互作用 Sex and Drought interaction effect. 同列不同字母表示处理间差异显著ꎮ In each columnꎬ values followed by different let ̄
ters indicates significant difference at 0􀆰 05 level. ∗≤0􀆰 05ꎻ ∗∗≤0􀆰 01ꎻ ∗∗∗≤0􀆰 001ꎻ ns: 无明显差异 No significant. 下同ꎬ The same below
2􀆰 2  干旱胁迫对雄花形态及花粉育性的影响
由图 1 可见ꎬ 葎草雄花的形态生长受到干
旱胁迫的显著影响ꎮ 与对照相比ꎬ 干旱胁迫下葎
草雄株花序长度、 花序轴直径、 花药粒径长和
宽分别显著降低了 24􀆰 81%ꎬ 29􀆰 07%ꎬ 5􀆰 14%和
9􀆰 88% (显著性水平分别为 P<0􀆰 001ꎬ P = 0􀆰 003ꎬ
P= 0􀆰 024和 P= 0􀆰 013)ꎮ 此外ꎬ 花药质量和花粉
育性受到干旱胁迫的显著影响ꎮ 与对照相比ꎬ 花
药质量、 花粉活力和花药花粉量均显著下降
(其显著性水平分别为 P = 0􀆰 013ꎬ P = 0􀆰 007 和 P
= 0􀆰 003)ꎮ
2􀆰 3  干旱胁迫对葎草雌花形态及种子的影响
由图 2可看出ꎬ 干旱胁迫显著影响了葎草雌
花的形态生长ꎮ 与对照相比ꎬ 雌花的花序长度、
柱头长度、 花序平均花数量显著增多 (显著性
水平分别为 P = 0􀆰 039ꎬ P<0􀆰 001 和 P<0􀆰 001)ꎬ
而单花生物量却无显著变化ꎮ
由表 2知ꎬ 葎草种子的形态和质量受到干旱
胁迫的显著影响ꎮ 与对照相比ꎬ 干旱胁迫下葎草
的种子粒径长、 种子粒径宽、 种子单重和种子千
粒重分别显著下降了 12􀆰 19%、 12􀆰 79%、 43􀆰 04%
和 15􀆰 30% (显著性水平均为 P<0􀆰 001)ꎮ
2􀆰 4  干旱胁迫对葎草地上生物量积累和分配的
影响
由图 3知ꎬ 干旱胁迫显著地影响了葎草雌雄
植株的地上生物量积累和分配ꎮ 与对照相比ꎬ 干
旱胁迫显著地降低了雌雄植株的地上生物量
(显著性水平分别为 P = 0􀆰 002ꎬ P = 0􀆰 020)ꎮ 尽
管生殖生物量 /地上生物量没有受到干旱胁迫的
显著影响ꎬ 但其均值都高于对照组ꎬ 且雌株的生
殖生物量 /地上生物量在干旱胁迫下显著高于雄
株 (P= 0􀆰 049)ꎮ
3  讨论
物候现象是植物对各种环境的综合反应指
标ꎬ 作为植物物候的一个方面ꎬ 开花物候涉及始
花期、 开花高峰期和开花持续时间 (Widénꎬ
1991) 等ꎬ 其中始花期在植物功能属性研究中
很受重视ꎬ 被某些学者视为植物逃避胁迫、 避免
干扰的核心属性 (Weiher 等ꎬ 1999)ꎮ 本研究发
现ꎬ 干旱胁迫下葎草雌雄始花期及半花期均显著
提前 (P=0􀆰 003ꎬ P=0􀆰 010)ꎬ 这与前人的一些研
表 2  干旱胁迫下葎草种子的形态及质量
Table 2  Morphology and quality of H􀆰 scandens seed under drought stress
组别 Group 种子粒径长Seed length / mm
种子粒径宽
Seed width / mm
种子单重
Single ̄seed weight / mg
种子千粒重
1000 ̄seed weight / g
CK 3􀆰 20 ± 0􀆰 04a 3􀆰 05 ± 0􀆰 06a 9􀆰 99 ± 0􀆰 29a 8􀆰 43 ± 0􀆰 01a
D 2􀆰 81 ± 0􀆰 03b 2􀆰 66 ± 0􀆰 03b 5􀆰 69 ± 0􀆰 12b 7􀆰 14 ± 0􀆰 01b
P <0􀆰 001∗∗∗ <0􀆰 001∗∗∗ <0􀆰 001∗∗∗ <0􀆰 001∗∗∗
同表 1ꎬ as the same as the table 1
656                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 36卷
究结果相吻合 ( Jentsch 等ꎬ 2009ꎻ Fernández 等ꎬ
2010ꎻ 牟成香等ꎬ 2013)ꎮ 葎草盛花期处于降雨
集中的夏季ꎬ 对水分依赖较强ꎬ 因而对干旱胁迫
表现敏感ꎬ 其可能通过花期提前ꎬ 更早进入有性
生殖阶段的方式来减少结实前死亡的风险ꎬ 适应
不利的干旱胁迫ꎮ 这一现象支持了 Kigel等 (2011)
的研究结论ꎮ 开花物候反映的是植物有性生殖
(牟成香等ꎬ 2013)ꎬ 而开花同步性更被认为是提
高植物生殖成功的重要因素 ( Schemskeꎬ 1977ꎻ
Waserꎬ 1978ꎻ Thomsonꎬ 1980)ꎮ 植物有性生殖阶
段如果花期不同步ꎬ 则意味着生殖器官发育不同
步ꎬ 而生殖器官发育不同步最终将导致授粉受精
质量下降 ( Herreroꎬ 2003ꎻ Hedhly 等ꎬ 2008)ꎮ
本研究中葎草雌雄花期不同步ꎬ 可能一定程度上
影响授粉受精质量ꎬ 而干旱条件下雌雄花期持续
时间的延长 (P = 0􀆰 002)ꎬ 则在一定程度上缓解
花期不同步的影响ꎬ 从而最大程度上保证葎草种
群的延续 (Herrero和 Johnsonꎬ 1981)ꎮ
7565期                    杨  帅等: 葎草雌雄植株开花物候和花器官对干旱的响应差异                     
图 2  干旱胁迫下葎草的雌花花序及花特征
Fig􀆰 2  Characteristics of inflorescence and flower in female H􀆰 scandens individuals under drought stress
同图 1ꎬ as the same as the fig􀆰 1
图 3  干旱胁迫下葎草的地上生物量及其分配
Fig􀆰 3  Aboveground biomass and biomass allocation of H􀆰 scandens under drought stress
同图 1ꎬ as the same as the fig􀆰 1
  被子植物在胁迫环境中花粉生活力下降是
常见的反应 (Porch和 Jahnꎬ 2001)ꎬ 本实验中干
旱胁迫下葎草花粉活力、 花粉含量显著下降ꎬ 花
粉育性受到严重影响ꎬ 这与 Porch和 Jahm (2001)
的结论一致ꎮ 葎草雄花在形态发育方面表现为花
序长度、 花序轴茎和花药粒径显著降低ꎮ 这种干
旱胁迫下雄花器官发育不良的现象可能造成有效
花粉数目减少、 授粉受精不良ꎬ 最终导致座果率
偏低ꎮ 另一方面ꎬ 本实验中观测到干旱胁迫促进
雌株花器官的发育ꎬ 雌花花序长度、 花序平均花
数量、 柱头长度在干旱胁迫下显著增加ꎮ 根据
Galen (1989ꎬ 2000) 的观点ꎬ 传粉者通常偏爱大
的花ꎮ 因此ꎬ 干旱胁迫下雌花花序的增大和花数
量的增多提高了花的吸引力ꎬ 从而有利于昆虫集
中传粉ꎮ 而雌花柱头的伸长则提高了花粉的附着
机率ꎬ 增加了受精的可能ꎮ 这种雌花繁殖投入的
856                                  植 物 分 类 与 资 源 学 报                            第 36卷
增加说明雌株在有限的资源条件下可能比雄株具
有更灵活的资源配置方式ꎮ 此外ꎬ 有学者认为
种子质量 (大小) 受资源条件的影响并在一定
程度上反应母株的生活环境 ( Cavers 和 Steelꎬ
1984ꎻ Krannitz等ꎬ 1999ꎻ Wulff 等ꎬ 1999)ꎬ 环境
对种子具有一定的塑造作用 (杜燕等ꎬ 2014)ꎮ
干旱下葎草雌雄植株提前开花ꎬ 由于没有积累足
够的能量和物质就进入了生殖阶段ꎬ 势必会影响
种子质量 (Balasubramanian等ꎬ 2006ꎻ Tonsor等ꎬ
2008ꎻ 邹长松和余迪求ꎬ 2010)ꎬ 本实验中干旱
胁迫下种子大小及质量显著下降的结果支持了上
述结论ꎮ 然而在一些植物中并没有类似现象ꎬ
Prieto等 (2008) 研究降雨和温度对地中海沿岸
的灌木 (Globularia alypum) 的影响时发现ꎬ 干
旱胁迫推迟了该灌木的花期ꎮ 这与 Gordon 等的
研究结论相吻合 ( Gordon 等ꎬ 1999ꎻ Ogaya 和
Peñuelasꎬ 2004)ꎮ 此外ꎬ 刘建福等 (2004) 观察
不同土壤水分对澳洲坚果 (Macadamia integrifo ̄
lia) 花期生长影响时发现ꎬ 花器官在严重干旱
条件下发育不良ꎬ 植物的花序和柱头长度缩短ꎮ
我们的研究与上述研究结果不一致的原因可能与
物种对干旱胁迫的响应差异有关ꎮ 雌雄异株植物
由于性别的分株表达及具备不同生殖投入ꎬ 在胁
迫环境下可能具有独特的响应策略 (尹春英和
李春阳ꎬ 2007)ꎮ 此外ꎬ 土壤水分胁迫影响到生
物量在植物不同部位的分配 (赵纪东等ꎬ 2006ꎻ
刘长利等ꎬ 2006)ꎬ 植物在干旱条件下趋向于较
小的地上部分生物量分配ꎬ 而其对生殖部分分配
的多少体现了植物在逆境中灵活的生存策略ꎮ 本
实验中干旱胁迫下尽管雌雄株的生物量均显著降
低ꎬ 而生殖部分与地上部分总生物量比例却并未
出现显著变化ꎮ 此外生殖部分与地上部分比例方
面雌株显著高于雄株ꎬ 这一方面符合雌株较雄株
具有较高生殖成本的观点ꎬ 另一方面说明了雌株
在干旱逆境下具有灵活的生存策略———通过增加
生殖投入来最大程度的保证其繁殖能力ꎮ
综述所述ꎬ 干旱下葎草种群通过提前花期更
早进入生殖阶段来降低结实前死亡的风险ꎬ 雌株
花序长度、 花序花数量的增多及生殖投入的增加体
现了雌株在干旱逆境下更加灵活的生存策略ꎮ 这种
灵活的响应策略有利于最大程度的保证葎草种群
的延续ꎬ 维持种群所在生态系统格局和稳定ꎮ
〔参  考  文  献〕
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