不同生境下紫花地丁生殖株构件表型可塑性及生长分析

孙嘉蔓 翟丽华 王春露 柳智翰 班玉钊 张丽辉

摘    要：为了探讨不同生境对早春植物紫花地丁植株构件生物量分配及其权衡关系的影响，试验采用野外调查取样和室内分析的方式，对林下和空旷地两种生境下紫花地丁植株生物量分配特征、异速生长关系及其在不同生境间的差异性和权衡特征进行了研究。结果表明，紫花地丁植株在两种生境下均有较高的变异系数，其增长规律呈幂函数或指数函数形式增长，且在不同生境时不同器官间具有显著的资源分配调整与权衡。

关键词：紫花地丁;表型可塑性;生物量分配

文章编号：1005-2690（2021）24-0018-03       中国图书分类号：S812       文献标志码：B

植物的表型可塑性是指同一基因型在不同环境下，通过对异质生境的权衡而表达出的不同表型特征。在光照、水分、密度等环境因子的长期影响下，植株各构件的生物量及其分配规律直接影响植物的生长和繁殖，也反映了植物的生态适应策略。因此，植株生物量分配是衡量植物体生长发育过程中同化资源的重要指标，是研究植物对环境适应性的重要内容[1-3]。

紫花地丁是东北地区优良的早春野生花卉，其植株矮小，发育较早，对东北地区早春时节返青草地起到保温、保湿作用，可增加土壤中有机质含量，对改良土壤的理化性质起到很好的作用[4-7]。目前，关于紫花地丁在园林草地管理中的相关应用研究较多，但将其作为早春植物研究其生物量分配状况的研究较少[8]。

本研究以紫花地丁为研究对象，研究其在伊通河沿岸不同生境下植株生物量分配及生长情况，比较不同生境下紫花地丁植株及构件生物量的数量特征，掌握不同构件生物量的分配特征，为深入研究早春植物的适应机理奠定基础，也为生态资源的开发利用提供理论指导。

1   材料与方法

1.1   样品采集与测量

2021年4月中旬在伊通河沿岸设置样地。以空旷地、林下两种光环境作为样地划分条件。在紫花地丁花期时，采用大样本取样测定方法，在2 m×2 m样地内随机取样30株。

样品带回室内后清洗根部泥土，将植株的根、茎、叶、花分开，烘干至恒重，称重量。

1.2   数据处理

用Excel软件计对所测的各数量性状进行统计分析，性状间的关系在线性、指数、乘幂和对数函数中，选择相关性最好的作为其规律性变化的描述模型。

2   结果与分析

2.1   不同生境紫花地丁构件生物量及分配

如表1所示，林下植株总生物量为（0.550±0.189）g，空旷地植株总生物量为（0.275±0.145）g。在林下生境，植株的地上生物量为（0.396±0.247）g，空旷地（0.130±0.047）g，其中空旷地环境下叶构件生物量的变异程度最大，为67.7%;叶片的生物量分配比重均值为44.45%，在空旷地环境下，叶片的生物量分配比重平均为25.53%。可见，在林下环境下，紫花地丁叶片生物量分配比重是空旷地的1.76倍。林下植株地下生物量为（0.154±0.345）g，空旷地地下植株生物量为（0.145±0.085）g，其中空旷地环境下根构件生物量变异系数高达72.2%，在林下环境，根分配比重平均为28.94%，空旷地环境根分配比重平均为50.51%。可见，在空旷地环境下，根构件占植株总生物量分配比重最高，约为林下的1.74倍。根构件在环境中有较高的表型可塑性。

2.2   不同生境下紫花地丁植株生物量的生长分析

由图1可知，不同生境下紫花地丁叶构件生物量拟合方程的b值为0.208～0.467 g;拟合方程中a值变化规律约等于1，如果把拟合方程的a值看作不同构件对植株生物量的贡献率[9]，即在紫花地丁生物量的增长中，不同生境和不同构件具有不同的贡献率，那么在林下生境中，紫花地丁植株每增重1 g，其叶片增重约为0.467 g，叶片贡献率为46%，而在空旷地中，叶片增重约0.208 g，贡献率为26%。

由图2可知，两个生境中紫花地丁植株花构件拟合方程中b值为0.132～0.242 g，不同生境中的a值均约等于1，这表明花构件在紫花地丁植株生物量相对生长中的异速生长关系非常稳定，并且在林下环境下花构件的贡献率为25%，空旷地环境中贡献率为29%，表明花构件在不同生境下的资源分配变化不大。

由图3可知，其根构件生物量拟合方程的b值区间为0.243～0.685 g，增速幂值接近1。拟合方程中的a值变化规律，紫花地丁总生物量每变化1 g，相对其根构件在林下生境中变化0.243 g左右，贡献率为29%;在空旷地生境中，根构件变化约0.686 g，贡献率为45%。不同构件生物量贡献率的变化也是不同生境中紫花地丁植株构件生物量分配策略的体现。

3   讨论

在植物生长发育过程中，植物个体的有限资源在不同构件间的生物量分配比重，反映了早春植物对环境的适应和生存策略分配。这种策略体现了植物体形态指标、生物量等不呈比例的生长关系和各器官之间存在的资源优化分配权衡策略就是异速生长关系[10]。而对植物异速生长关系的分析可以排除植物个体差异影响，进而揭示植物对外界环境的响应策略，是植物对环境适应性策略的重要研究方法[11]。

不同生境中，紫花地丁植株构件的生物量分配差异蕴涵了其生长调节和物质分配策略[12]。伊通河畔两个生境紫花地丁植株叶和根的生物量分配均差异显著，其中叶的生物量分配在林下生境下远大于空旷地生境，根的生物量分配则正好相反。所以，当环境条件越不利于光合条件时，植株会增加光合构件叶的生物量分配比重，促进叶的伸长生长，从而提高光资源的竞争能力，以确保光合能力和水平，合成更多有机物质[13]。从变异系数角度看，两个生境紫花地丁对生殖构件生物量分配在种群间相对稳定，生境的差异没有影响生殖构件的功能性，尽管花的生物量在生境间有差异，但生物量比重相对稳定，这也是生物学机理是植物结构和功能统一的表现。

參考文献：

[1]邱天.松嫩平原芦苇的生物学和生态学特征[J].草业科学，2014，31（2）：300-305.

[2]杨允菲，张宝田.松嫩平原草甸生境甘草种群生殖构件表型可塑性及变化规律[J].草业学报，2006（2）：14-20.

[3]张文辉，李红，李景侠，等.秦岭独叶草种群个体和构件生物量动态研究[J].应用生态学报，2003，14（4）：530-534.

[4]董慧.山西果园可利用草种的筛选及其特性研究[D].晋中：山西农业大学，2016.

[5]孙慧芳，魏岩，闫紫烟，等.紫花地丁花结构变化对种子萌发特性的影响[J].草业科学，2020，37（9）：1729-1737.

[6]王杰青.地被植物连钱草和紫花地丁的研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2002.

[7]赵文娜.松嫩盐碱草地紫花地丁根围AM真菌多样性与功能研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2021.

[8]焦聪，阚国仕，陈红曼，等.紫花地丁自然种群生物量生殖分配研究[J].安徽农业科学，2012，40（24）：12031-12034.

[9]焦德志，刘润泽，潘林，等.扎龙湿地不同生长期芦苇分株构件生物量分配及生长分析[J].生态学杂志，2021，40（4）：940-949.

[10]孙俊，王满堂，程林，等.不同海拔典型竹种枝叶大小异速生长关系[J].应用生态学报，2019，30（1）：165-172.

[11]郭丽珠，黄顶，张丛，等.退化典型草原狼毒生物量分配及异速生长分析[J].中国草地学报，2019，41（6）：53-59.

[12]杨允菲，李建东.松嫩平原不同生境芦苇种群分株的生物量分配与生长分析[J].应用生态学报，2003，14（1）：30-34.

[13]左晨，王梦亭，王礼欣，等.不同生境大托叶猪屎豆构件生物量分配的权衡特征[J].草地学报，2020，2（2）：454-460.