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刺五加生活史型特征及其形成机制的研究

曹建国

  本文研究了异质生境下刺五加(Acanthopanax senticosus(Rupr.&Maxim.)Harms)的生长发育、形态结构、光合作用、次生代谢和生物量分配等生活史特性,根据环境特征与能量分布格局的关系提出的植物生活史型理论,总结了刺五加的生活史型特征,并探讨了植物生活史型的形成机制和实践意义。主要结果如下:1.在刺五加的分布区域内,影响刺五加生长发育的各种环境因子中,光照是主导因子,根据光照水平设置了刺五加的三个典型生境,即林内、林窗和林缘生境。不同生境下,刺五加的生长发育、形态结构、生理代谢、生物量分配等生活史特性均有很大差别,最终表现为生活史格局的不同。2.在林内生境,光照强度较低,平均光照强度为25.0μmol m~(-2)s~(-1)左右,对刺五加的生长发育形成胁迫。该生境下刺五加产生新枝的能力弱,叶片大而薄、叶面积比大,净光合速率较低,生长发育缓慢;有性生殖能力弱,繁殖年龄的植株只有少量的个体能开花结实,花序数量少,果实饱满率低。克隆繁殖相对活跃,产生的根茎能很好的保存下来,成为种族延续的重要繁殖方式。该生境下刺五加的生物量主要分配给地下部分。3.林窗生境是刺五加生长发育的最佳生境,平均光照强度为228.3μmolm~(-2)s~(-1)左右,接近刺五加的光饱和点。该生境中刺五加具有较高的净光合速率,生长发育快速,植株高大、分枝多、叶片大而肥厚、叶面积比大。有性生殖能力较强,繁殖年龄的植株多数个体能开花结实,花序数量多。由于刺五加的地上部分生长旺盛,地下部分生长相对缓慢,产生克隆繁殖器官的数量少,因此,刺五加的克隆繁殖受到限制。该生境下刺五加的生物量主要分配给地上部分。4.林缘生境的光照强度较高,平均为456.7μmol m~(-2)s~(-1)左右,超出刺五加的光饱和点许多,强光对刺五加的形态建成有明显的抑制作用,如叶片较小、叶面卷缩、植株个体较小;尽管林缘生境刺五加叶片的净光合速率很高,但由于叶片较小,所以其同化能力相对较弱。该生境刺五加的有性生殖能力最强,表现为繁殖年龄提前,繁殖年龄的植株基本上都能开花结实,单株花序数量最多,座果率和果实饱满率较高。该生境下刺五加的生物量倾向于分配给有性生殖。5.刺五加的主要次生代谢产物包括刺五加甙B(丁香甙)、刺五加总黄酮、金丝桃甙等化合物,这三类(种)化合物也是重要的活性物质。刺五加中这些化合物的含量不仅具有明显的季节动态,而且生境之间亦有较大差异。刺五加茎和枝中甙含量表现出明显的规律性,在春季和晚秋季节含量比较高,而在生长季节含量有所下降。地下部分丁香试的含量没有明显的季节变化规律。刺五加不同部位丁香贰含量有较大差别,根和根茎的平均含量多于茎的平均含量。不同生境刺五加根和根茎中丁香贰的含量顺序为:林内生境>林窗生境>林缘生境。刺五加叶中黄酮的含量较高,总黄酮和金丝桃贰表现出与光照强度明显的相关性,叶中总黄酮和金丝桃贰含量由高到低为:林缘生境>林窗生境>林内生境。6.根据影响植物生长发育的主要环境因子的生态幅和环境受到干扰的程度,结合植物在生活史过程中能量分配格局,可把植物的生活史格局划分为V、S、C三个基本生活史型以及VS、VC、CS、VCS等4个具有混合特征的过渡类型。不同生活史型的植物具有不同的种群特征、形态结构、生理特性和繁殖特点,植物的这些特受环境因子的影响,是划分植物生活史型的重要依据。7.根据植物生活史型理论和刺五加的种群特征、形态结构、生理特性和繁殖特点,可把林内、林窗和林缘生境刺五加分别划分为vs、s和c等3种生活史型。并采用主成分分析的方法对对刺五加生活史型的划分进行了论证,结果表明,根据植物生态幅和环境扰动状况对植物生活史型进行划分是恰当的。总的来说,不同生活史型的植物不仅其生活史整体格局不同,植物的的初生代谢、次生代谢、生长发育、繁殖特征和能量分配均大不相同。植物生活史型的理论可用来指导农业、林业和中医药种植和栽培等的生产和实践。……   
[关键词]:刺五加;异质生境;光合作用;次生代谢;生物量分配;生活史;生活史型
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:东北林业大学2004年