长白山区水蓼种群构件结构及生长分析

宋金枝，郑 雨

植物种群构件理论是植物种群生物学及生态学研究的一个新方向.构件是指存在多细胞结构的并互相联系结合的重复单元［1-2］.在植物的发育生长期间，植物各构件生长过程都具有规律性，同时植物通过调节其构件的结构以适应外界环境的变化.通过研究植物构件的生长规律，了解植物生长发育过程中各构件的变化和生长状况并对其进行定量刻画，是深入研究植物适应与进化的基础［3-5］.

水蓼（Polygonum hydropiper）是蓼科（Polygonaceae）蓼属植物，为一年生大型草本植物，又称辣蓼、蓼芽菜等.全草可入药，消肿解毒、利尿，在我国南北各地广泛分布，在中医和禽畜治疗等方面具有较高的应用价值［6］.水蓼是Mn的超富集植物，对Mn有很强的富集能力，同时水蓼根部也对汞有很强的富集能力，多生于河岸、水沟、田边.现有研究表明，可利用水蓼对锰污染土壤和水体进行修复，通过植物挥发、吸收和吸附等途径，实现其对重金属的降解、吸收和富集作用［7］.

近年来，国内外关于水蓼的研究多集中在不良环境中生理特性以及水蓼的药用价值和化学成分研究等方面，对于水蓼植株生长分析的研究则相对较少.本次以通化师范学院后山水蓼为研究对象，对水蓼种群构件结构及其生长规律进行分析，为研究水蓼的生态可塑性提供科学积累，为水蓼的高效利用提供有效的理论依据.

1 研究地区与研究方法

1.1 研究地区

通化市属长白山系，是吉林省下辖地级市（东经125°10'～126°44'，北纬 40°52'～43°03'），三分之二以上面积为山区，位于吉林省南部，东接白山市，南与朝鲜隔鸭绿江相望.属中温带湿润气候区，并具有明显的高温、平温、低温周期性，年日照时数2 200～2 884 h，年平均气温4.1～6.5℃，七月份平均气温最高，一月份最低，冬季严寒而干燥，可长达5个月，夏季炎热而短促，6-8月的降水量较大.

1.2 研究方法

2018年9月下旬，在水蓼的成熟期，在通化师范学院后山水蓼生长分布的典型区域，采用大样本随机取样的调查和测定方法进行取样，分别测定30株水蓼的株高、叶片个数、花穗个数、叶片鲜重、花穗鲜重、茎鲜重、叶片干重、花穗干重、茎干重.具体步骤：取样后，分离植株的各个构件并编号，其中水蓼的株高选用厘米尺进行测定，水蓼的叶片鲜重、花穗鲜重以及茎鲜重用Sartorius BA210s型电子天平进行测定，完成后将各构件用袋子分装，放置在干燥通风处，待其风干后分别用Sartorius BA210s型电子天平测定叶片、花穗、茎的生物量.

1.3 数据处理

选择Excel软件进行数据统计与分析，其生长分析的定量刻画模型采用线性函数、对数函数、指数函数、幂函数4种函数中相关性最高的函数模型来表示［8］.

2 结果与分析

2.1 植株构件结构及数量特征

水蓼构件结构分为根、茎、叶片、花穗.为一年生草本，茎直立，多分枝，叶披针形或椭圆状披针形，总状花序呈穗状，花稀疏.数量特征如表1所示.

从表1可以看出，30株水蓼各构件的数量特征，平均值表示的是水蓼种群的整体水平，标准差表示水蓼种群样本变异的绝对数量指标，最大值和最小值体现出水蓼种群样本的实际范畴.根据变异系数可知，株高、叶片个数属于中等变异，花穗个数以及叶片、花穗、茎的干重和鲜重的变异系数均大于100%，属于强变异.

表1 水蓼构件的数量特征（n=30）

2.2 水蓼的叶片个数、花穗个数之间相关性分析

通过分析，水蓼叶片个数、花穗个数之间关系极其显著，用幂函数来表示其相关程度最佳，如图1和表2所示.

图1 水蓼的叶片个数和花穗个数、花穗生物量的观测值及拟合曲线

表2 水蓼生长分析的函数方程（n=30）

图1和表2揭示了水蓼的花穗个数与水蓼叶片个数之间呈高度正相关，相关性达到极显著水平，而且水蓼的花穗个数随着水蓼叶片个数的增加呈幂函数形式增长，其决定系数R2是0.935 7，表明叶片个数与花穗个数之间的关系主要由遗传因素决定，由环境因子和实验误差所造成的影响较小.

2.3 水蓼的叶片个数及各构件生物量之间相关性分析

通过分析，水蓼各构件生物量及叶片个数之间有着极显著的线性相关关系.如图2所示.

图2 水蓼叶片个数和叶片生物量、茎生物量的观测值及拟合曲线

从图1、图2和表2可以看出，水蓼各构件生物量及叶片个数之间呈高度正相关，相关性达到极显著水平，并且水蓼的叶片生物量、花穗生物量、茎生物量随着叶片个数的增加均呈线性函数形式增长.其决定系数R2分别为0.909 6、0.904 2、0.810 9，又表明水蓼叶片个数与各构件生物量的关系主要由遗传因素决定，由环境因子和实验误差所造成的影响较小.

2.4 水蓼各构件生物量及整株生物量之间相关性分析

通过分析，水蓼各构件生物量及整株生物量之间有着极显著的线性相关关系，如图3所示.

从图3、图4和表2可以看出，水蓼的整株生物量与水蓼叶片生物量、花穗生物量、茎生物量之间呈高度正相关，相关性达到极显著水平，并且水蓼的叶片生物量、花穗生物量、茎生物量随着整株生物量的增加均呈线性函数形式增长，其决定系数R2分别为0.942 7、0.990 7、0.989 1，又表明水蓼各构件生物量及整株生物量的关系主要由遗传因素决定，由环境因子和实验误差所造成的影响较小.

图3 水蓼叶片生物量、花穗生物量和整株生物量的观测值及拟合曲线

图4 水蓼茎生物量和整株生物量及花穗生物量和叶片生物量的观测值及拟合曲线

2.5 水蓼各构件生物量之间相关性分析

通过分析，水蓼的叶片生物量、花穗生物量、茎生物量之间表示其相关程度最佳的既有线性函数也有幂函数.如图5所示.

图5 水蓼茎生物量和叶片生物量、花穗生物量的观测值及拟合曲线

从图4、图5和表2可以看出，其决定系数R2＞0.894 7，相关性达到极显著水平.表明水蓼各构件生物量之间的关系主要由遗传因素决定，由环境因子和实验误差所造成的影响较小.

3 讨论

变异系数是表示离散程度的，是标准差和相应平均数的比值.一般来说变异系数大于100%属于强变异，介于10%和100%之间的属于中等变异，小于10%的属于弱变异［9］.

同速生长型的生物体，其某两种特征的相对生长率相等，常以直线函数形式表现数量性状间的关系，异速生长型的生物体，其某两种特征的相对生长率不相等，常以曲线函数来表示［10-14］.水蓼在发育生长期间，具有同速生长和异速生长两种构件形态变化模式.

叶片个数与花穗个数之间呈现异速生长规律，幂函数是表现其相关程度最佳的函数模型，说明随着叶片个数的增加水蓼花穗个数也随着增加，但相对生长率不相等；水蓼叶片个数及各构件生物量之间均为线性函数的同速生长规律，决定系数R2较大，说明水蓼生物量的增加很大程度取决于叶片数量的增加；水蓼各构件生物量之间以及与整株生物量之间既有同速生长规律又有异速生长规律.

在研究植物各构件的生长分析中，R2表示拟合方程的决定系数，R2值的大小决定了相关的密切程度，可用来估计遗传因素所占的比重，用1-R2估计外部环境影响水平的大小［15］.在本次研究中，决定系数R2为0.810 9到0.990 7之间.表明水蓼各构件的发育生长，主要由遗传因素决定，由环境因子和实验误差所造成的影响较小，同时也体现了水蓼种群具有一定程度的生态可塑性.