努爾買買提 張 維 楊曉絨 賈娜爾
(伊犁師范學(xué)院,伊寧,835000)
責(zé)任編輯:任 俐。
小葉白蠟(Fraxinus sogdiana)又名天山梣,屬木樨科(Oleaceae)白蠟屬植物,是珍貴的第三紀(jì)溫帶闊葉林殘遺樹(shù)種[1],其抗寒能力強(qiáng),材質(zhì)堅(jiān)韌而有彈性,樹(shù)形美觀,它還是放養(yǎng)白蠟蟲(chóng)的優(yōu)良樹(shù)種。在我國(guó)成片分布的小葉白蠟原始林,僅見(jiàn)于新疆天山西部伊犁谷地,主要生長(zhǎng)在喀什河下游河谷及河岸灘地。
表型可塑性是生物適應(yīng)環(huán)境的重要方式[2-3],生物個(gè)體基因型通過(guò)產(chǎn)生多種表現(xiàn)型以適應(yīng)不同的環(huán)境條件[4-5],表型可塑性在種群水平具有調(diào)節(jié)生長(zhǎng)與物質(zhì)分配策略的功能和意義[6]。葉片是植物對(duì)環(huán)境條件變化較為敏感的營(yíng)養(yǎng)器官,具有物質(zhì)生產(chǎn)功能[7]。植物生長(zhǎng)發(fā)育的可塑性在時(shí)間上隨不同的基因型、種群或物種而發(fā)生改變[8-9]。生長(zhǎng)節(jié)律的變化是植物本身生理機(jī)能的體現(xiàn),同時(shí)也受外界環(huán)境的影響。采用遺傳上較為穩(wěn)定、不易受環(huán)境影響的性狀,如葉、花等性狀研究表型可塑性,可以揭示群體的變異大小和遺傳規(guī)律,評(píng)價(jià)其遺傳多樣性水平,進(jìn)而為群體的保護(hù)提供理論支持[10-11]。
表型可塑性使生物體在多變的環(huán)境中生存,增加了生物體的生態(tài)幅,避免個(gè)體死亡或緩沖分布范圍的變化[2,12],因此,眾多學(xué)者從生態(tài)學(xué)角度對(duì)表型可塑性進(jìn)行了探討[5,9-10,12-13]。前人對(duì)小葉白蠟的生物學(xué)特性、光合特征、抗逆性、病害防治、種子成分及發(fā)芽率、育苗及移植栽培技術(shù)[14-20]等已有研究,其復(fù)葉的表型變異性尚未見(jiàn)報(bào)道。文中以新疆小葉白蠟自然保護(hù)區(qū)小葉白蠟的復(fù)葉為研究對(duì)象,通過(guò)大樣本取樣測(cè)量,分析5 種不同小葉數(shù)量復(fù)葉的表型可塑性,擬為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、適應(yīng)與進(jìn)化等深入研究提供科學(xué)積累,為干旱區(qū)植物器官適應(yīng)的可塑性提供素材,并為小葉白蠟植物資源的利用和保護(hù)提供參考。
小葉白蠟自然保護(hù)區(qū)位于新疆伊寧市東南部50 km,喀什河匯入伊犁河河口地帶(81°51'~81°54'E,43°44'~43°48'N),地勢(shì)平坦,平均海拔802 m,小葉白蠟集中分布面積約400 hm2。該區(qū)屬北溫帶大陸性半干旱氣候,年日照時(shí)間2 800 h,年平均氣溫8.2 ℃,1月份平均氣溫-12.8 ℃,7月份平均氣溫24.7 ℃,極端低溫-39.2 ℃,極端高溫37.5 ℃,≥10 ℃積溫3 684 ℃,無(wú)霜期約160 d,年降水量480 mm,年蒸發(fā)量1 420 mm,相對(duì)濕度60%~70%,地下水位1.0~1.5 m,土壤類型為沙壤土或鹽化潮土,pH 值8.0。小葉白蠟為保護(hù)區(qū)的優(yōu)勢(shì)樹(shù)種,伴生喬木主要有密葉楊(Populus talassica)、榆樹(shù)(Ulmus pumila)、多枝檉柳(Tamarix ramosissima)等;林下灌木主要有異果小檗(Berberis heteropoda)、鈴鐺刺(Halimodendron halodendron)等;草本植物主要有短柄草(Brachypodium sylvaticum)、草地早熟禾(Poa pratensis)、問(wèn)荊(Equisetum arvense)、北艾(Artemisia vulgaris)等。
2012年8月中旬,在小葉白蠟自然保護(hù)區(qū)不同位置(東、南、西、北和保護(hù)區(qū)中央)各選擇成年小葉白蠟樹(shù)10 棵。在選定的目標(biāo)樹(shù)不同葉位隨機(jī)采摘完整的成熟復(fù)葉,每種復(fù)葉各采摘30 個(gè)作為分析樣本。小葉白蠟為奇數(shù)羽狀復(fù)葉,常見(jiàn)有5 小葉、7 小葉、9 小葉、11 小葉和13 小葉5 種類型(單株小葉白蠟樹(shù)主要生長(zhǎng)一種或兩種類型復(fù)葉,偶有三種類型復(fù)葉),用米尺測(cè)量各組復(fù)葉的葉軸長(zhǎng)、復(fù)葉長(zhǎng)、復(fù)葉寬,每片小葉的葉長(zhǎng)和葉寬,單位為mm。
采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0 對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)分析處理和作圖。不同復(fù)葉的相同構(gòu)件用方差分析比較其差異性。研究表型可塑性的主要方法是分析反應(yīng)范式[21],反應(yīng)范式是指功能特征隨環(huán)境梯度改變而改變的函數(shù)[21],對(duì)小葉白蠟的復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)、復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬、小葉長(zhǎng)與小葉寬作散點(diǎn)圖,并對(duì)復(fù)葉構(gòu)件間的生長(zhǎng)關(guān)系作回歸分析。分析植物構(gòu)件的異速生長(zhǎng)或同速生長(zhǎng)常采用線性函數(shù)、對(duì)數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)和指數(shù)函數(shù)模擬[13,22-23],以這四種函數(shù)模擬小葉白蠟復(fù)葉的生長(zhǎng)特征,并選用相關(guān)性最高的擬合方程作為其生長(zhǎng)關(guān)系的定量描述模型,回歸方程的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)用判定系數(shù)R2實(shí)現(xiàn),回歸方程的顯著性采用F 檢驗(yàn)。作散點(diǎn)圖和回歸分析時(shí),相同復(fù)葉的頂小葉和左、右小葉合并處理。
經(jīng)測(cè)量,小葉白蠟全體復(fù)葉樣本的葉軸長(zhǎng)47.9~203.7 mm,復(fù)葉長(zhǎng)119.1~265.6 mm,復(fù)葉寬74.2~172.1 mm,小葉長(zhǎng)13.6~95.9 mm,小葉寬10.2~48.1 mm。不同復(fù)葉構(gòu)件的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),葉軸長(zhǎng):隨小葉數(shù)增多而增大,13 小葉是5 小葉的2.3 倍;不同復(fù)葉間差異顯著;復(fù)葉間的差異(變異系數(shù))均大于復(fù)葉內(nèi)的差異。復(fù)葉長(zhǎng):隨小葉數(shù)增多而增大,13 小葉比5 小葉長(zhǎng)72.0 mm;7 小葉和9 小葉差異不顯著,其余均差異顯著;復(fù)葉間的差異均大于復(fù)葉內(nèi)的差異。復(fù)葉寬由大到小的順序?yàn)? 小葉、9 小葉、5 小葉、11 小葉、13 小葉,除7 小葉外,其余復(fù)葉寬在復(fù)葉間的差異均小于復(fù)葉內(nèi)的差異。小葉長(zhǎng)以7 小葉最大,13 小葉最小;小葉寬以9 小葉最大,5 小葉最小。小葉長(zhǎng)和小葉寬在復(fù)葉間的差異均小于復(fù)葉內(nèi)的差異。
表1 小葉白蠟不同復(fù)葉構(gòu)件的數(shù)量特征及其差異性
由標(biāo)準(zhǔn)差可見(jiàn):葉軸長(zhǎng)和復(fù)葉長(zhǎng)以13 小葉離散程度最大,7 小葉最小;復(fù)葉寬以9 小葉最大,7 小葉最小;小葉長(zhǎng)以5 小葉最大,13 小葉最小,而小葉寬以13 小葉最大,5 小葉最小。綜上所述,小葉白蠟復(fù)葉構(gòu)件在不同復(fù)葉間和復(fù)葉內(nèi)均存在較大可塑性。
以葉軸長(zhǎng)為橫坐標(biāo),復(fù)葉長(zhǎng)為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖并賦擬合方程(圖1)。小葉白蠟5 種復(fù)葉的葉軸長(zhǎng)與復(fù)葉長(zhǎng)均為異速生長(zhǎng)型,其擬合方程均達(dá)到極顯著(p <0.01)水平。其中5 小葉、7 小葉、9 小葉的復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的生長(zhǎng)關(guān)系可用對(duì)數(shù)函數(shù)作為定量描述模型,由對(duì)數(shù)函數(shù)的性質(zhì)可知,這3 種復(fù)葉的葉軸長(zhǎng)在復(fù)葉生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程均增長(zhǎng)較快,復(fù)葉長(zhǎng)在生長(zhǎng)的初期增長(zhǎng)較快,隨后增長(zhǎng)逐漸變慢,最后趨于穩(wěn)定;11 小葉、13 小葉的復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的生長(zhǎng)關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)作為定量描述模型,由指數(shù)函數(shù)的性質(zhì)反映出這2 種復(fù)葉的葉軸長(zhǎng)在復(fù)葉生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程均增長(zhǎng)較慢,復(fù)葉長(zhǎng)在生長(zhǎng)初期增長(zhǎng)較慢,隨后逐漸加快生長(zhǎng)。如果把5 種復(fù)葉看做一個(gè)樣本,復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的生長(zhǎng)關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)作為定量描述模型。
圖1 復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的觀測(cè)值及擬合曲線
以復(fù)葉寬為橫坐標(biāo)、復(fù)葉長(zhǎng)為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖并賦擬合方程(圖2)。小葉白蠟5 種復(fù)葉的復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬均為異速生長(zhǎng)型,其擬合方程均達(dá)到極顯著(p <0.01)水平。其中5、7 和9 小葉的復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用對(duì)數(shù)函數(shù)作為定量描述模型,即這3 種復(fù)葉的復(fù)葉寬在復(fù)葉生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程均增長(zhǎng)較快,復(fù)葉長(zhǎng)在生長(zhǎng)的初期增長(zhǎng)較快,隨后增長(zhǎng)逐漸變慢,最后趨于穩(wěn)定;11 小葉、13 小葉的復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)描述,即這2 種復(fù)葉的復(fù)葉寬在復(fù)葉生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)過(guò)程均增長(zhǎng)較慢,復(fù)葉長(zhǎng)在生長(zhǎng)初期增長(zhǎng)較慢,隨后逐漸加快增長(zhǎng)。如果把5 種復(fù)葉看做一個(gè)樣本,復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用指數(shù)函數(shù)作為定量描述模型。
以小葉寬為橫坐標(biāo),小葉長(zhǎng)為縱坐標(biāo)作散點(diǎn)圖并賦擬合方程(圖3)。小葉白蠟5 種復(fù)葉的小葉長(zhǎng)與小葉寬既有同速生長(zhǎng)型,又有異速生長(zhǎng)型,其擬合方程均達(dá)到顯著(p <0.05)水平。其中5 小葉、9 小葉、13 小葉的小葉長(zhǎng)與小葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用直線函數(shù)作為定量描述模型,即小葉長(zhǎng)和小葉寬在復(fù)葉的整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中成比例生長(zhǎng);7、11 小葉的小葉長(zhǎng)與小葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用冪函數(shù)作為描述模型,即這2 種復(fù)葉的小葉寬在復(fù)葉形成初期增長(zhǎng)很快,小葉長(zhǎng)增長(zhǎng)較慢,過(guò)曲線拐點(diǎn)后,小葉寬增長(zhǎng)非常緩慢,小葉長(zhǎng)則快速增長(zhǎng)。同樣,如果把5 種復(fù)葉看做一個(gè)樣本,小葉長(zhǎng)與小葉寬的生長(zhǎng)關(guān)系可用直線函數(shù)作為定量描述模型。
表型可塑性往往具有適應(yīng)和進(jìn)化上的意義,如植物葉柄長(zhǎng)度不僅影響樹(shù)汁的傳導(dǎo),而且影響葉片的空間分布,從而對(duì)光的截留具有重要作用[24]。從平均值反映出,小葉白蠟不同復(fù)葉的葉軸長(zhǎng)最大值是最小值的2.3 倍,復(fù)葉長(zhǎng)和小葉寬最大值與最小值相差1.5 倍,復(fù)葉寬和小葉長(zhǎng)最大值與最小值相差約1.4 倍;不同復(fù)葉構(gòu)件有不同的離散程度(標(biāo)準(zhǔn)差),一部分構(gòu)件在小葉數(shù)多的復(fù)葉離散程度大,另一部分構(gòu)件在小葉數(shù)少的復(fù)葉離散程度大;葉軸長(zhǎng)、復(fù)葉長(zhǎng)在復(fù)葉間的差異(變異系數(shù))均大于復(fù)葉內(nèi)的差異,小葉長(zhǎng)和小葉寬在復(fù)葉間的差異均小于復(fù)葉內(nèi)的差異。以上三個(gè)方面的數(shù)量特征,揭示了小葉白蠟不同復(fù)葉有較強(qiáng)的可塑性。葉軸長(zhǎng)隨復(fù)葉的小葉數(shù)增多而增大,與葉軸具有養(yǎng)分疏導(dǎo)及支撐葉片擴(kuò)張生長(zhǎng)空間等多重功能相適應(yīng),這是小葉白蠟復(fù)葉為了適應(yīng)其生理功能在生長(zhǎng)發(fā)育上的一種權(quán)衡。
圖2 復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬的觀測(cè)值及擬合曲線
圖3 小葉長(zhǎng)與小葉寬的觀測(cè)值及擬合曲線
植物個(gè)體異速生長(zhǎng)或同速生長(zhǎng)可看做是由物種的遺傳性所決定的一個(gè)穩(wěn)定特性[25],反映了生物體不同方面性狀的相關(guān)程度,是生物體不同構(gòu)件對(duì)環(huán)境選擇壓力采取的生態(tài)對(duì)策方式[26]。不同小葉白蠟復(fù)葉各構(gòu)件間的生長(zhǎng)絕大部分是異速生長(zhǎng)型,和植物不同構(gòu)件之間存在著異速生長(zhǎng)現(xiàn)象是比較普遍的規(guī)律[27]相符。表明小葉白蠟復(fù)葉的生長(zhǎng),在具有較大可塑性的同時(shí)又具有一定的遺傳穩(wěn)定性,在長(zhǎng)期的環(huán)境脅迫下已經(jīng)形成了獨(dú)特的生長(zhǎng)模式。小葉白蠟復(fù)葉各構(gòu)件的異速生長(zhǎng)基本上可以用對(duì)數(shù)函數(shù)或指數(shù)函數(shù)作為定量描述模型,較好地反映植物往往朝著最佳的異速生長(zhǎng)曲線進(jìn)化策略[11]。
如果把異速生長(zhǎng)或同速生長(zhǎng)規(guī)律看作是由遺傳因子控制的,用擬合方程的判定系數(shù)R2來(lái)估計(jì),而隨機(jī)環(huán)境影響用1 -R2來(lái)估計(jì)[13,28],則小葉白蠟5 種復(fù)葉在復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的異速生長(zhǎng)中,有55.6%~90.6%是由遺傳因子控制的,有9.4%~44.4%是受隨機(jī)環(huán)境影響的;復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬有53.3%~66.5%是由遺傳因子控制的,有33.5%~46.7%是受隨機(jī)環(huán)境影響的;小葉長(zhǎng)與小葉寬有14.8%~81.6%是由遺傳因子控制的,有18.4%~85.2%是受隨機(jī)環(huán)境影響的。相比之下,在復(fù)葉長(zhǎng)與葉軸長(zhǎng)的相對(duì)生長(zhǎng)中,受遺傳因子的控制力較大;在復(fù)葉長(zhǎng)與復(fù)葉寬、小葉長(zhǎng)與小葉寬的相對(duì)生長(zhǎng)中,遺傳因子和隨機(jī)環(huán)境因子均可能成為控制因子。
小葉白蠟復(fù)葉構(gòu)件長(zhǎng)或?qū)挼臉?biāo)準(zhǔn)差均遠(yuǎn)小于其平均值,表明復(fù)葉各構(gòu)件在樣本內(nèi)比較整齊。大多數(shù)復(fù)葉構(gòu)件差異顯著,揭示不同小葉白蠟復(fù)葉具有不同的生長(zhǎng)策略。復(fù)葉構(gòu)件的生長(zhǎng)既有異速生長(zhǎng),又有同速生長(zhǎng),且擬合方程的相關(guān)系數(shù)R2值有較大的差異,又揭示小葉白蠟個(gè)體間具有長(zhǎng)期的遺傳差異,多世代相傳后,其個(gè)體或構(gòu)件表現(xiàn)出多種體態(tài)??蓳?jù)小葉白蠟不同類型復(fù)葉構(gòu)件的性狀差異,分別選作為育種目標(biāo),以更好地利用這一野生植物資源。
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