東北地區(qū)松屬雙維管束樹(shù)種地理種群分異及其生態(tài)適應(yīng)特征.pdf

1、中國(guó)東北地區(qū)松屬(Pinus)雙維管束樹(shù)種(變種)(樟子松Pinus sylvesmis var.mongolica,、赤松P.densiflora、長(zhǎng)白松P.sylvestris var.sylvestriformis)是東北森林生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分,其天然分布地的生態(tài)系統(tǒng)對(duì)我國(guó)北方生態(tài)系統(tǒng)平衡與健康具有重要意義。東北地區(qū)雙維管束樹(shù)種的天然林呈一種不連續(xù)的分布狀態(tài)。在其天然分布區(qū)內(nèi),由于自然環(huán)境的差異,常在形態(tài)、解剖、生理以及物候、化

2、學(xué)成分等性狀方面發(fā)生了地理變異。而不同地理種群幼苗的適應(yīng)性、生長(zhǎng)情況與其植物本身的遺傳特性、生理特性、所處的地理位置和氣候型、環(huán)境、生態(tài)適應(yīng)幅度等均相關(guān)。本項(xiàng)研究的目的是探明赤松、樟子松不同地理種群及長(zhǎng)白松針葉形態(tài)和解剖特性及幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育特性,揭示各種群間基于針葉、種子和幼苗形態(tài)、生理、遺傳變異等特性的可能的關(guān)系。為東北雙維管束樹(shù)種的分布、分類與遺傳資源調(diào)查及引種提供科學(xué)依據(jù)；通過(guò)對(duì)長(zhǎng)期高溫脅迫下的幼苗生理學(xué)研究,探討不同地理種群對(duì)高

3、溫的適應(yīng)特征,為探明其生態(tài)適應(yīng)幅度、更好的利用其空間生態(tài)位進(jìn)行造林實(shí)踐,合理充分利用森林資源,以及選擇適應(yīng)氣候變暖的雙維管束優(yōu)勢(shì)種源提供科學(xué)參考。為闡明全球氣候變化背景下東北雙維管束樹(shù)種生態(tài)系統(tǒng)的自適應(yīng)程度與閾值、預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化的響應(yīng)及發(fā)展趨勢(shì)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 1.東北地區(qū)松屬雙維管束樹(shù)種及其不同地理種群間葉部特征均存在著比較明顯的差異。16個(gè)針葉性狀均存在明顯的種間差異,同種不

4、同種群的差異以及同一種群個(gè)體間的差異。針葉寬度(NW)、針葉厚度與寬度的比例(TW)、氣孔線數(shù)量(STR1,STR2)、以及內(nèi)皮層細(xì)胞數(shù)(ENC)都具有較高的種間變異水平(58～85％),表明這些性狀對(duì)于種的區(qū)分是非常重要的；NW、STR和ENC在樟子松各種群的值都最高,長(zhǎng)白松居中,而赤松都最低。針葉厚度與寬度的比例(TW)、針葉兩側(cè)的鋸齒數(shù)(SEN1和SEN2)以及樹(shù)脂道指數(shù)(RDI)在上述三個(gè)種(變種)中則相應(yīng)呈相反規(guī)律。
　

5、　 2.種子干粒重赤松最高、長(zhǎng)白松居中,樟子松最低。種子發(fā)芽率在3個(gè)種(變種)之間差異不顯著,在87.45-92.53％之間。然而,種群間差異顯著。樟子松的漠河與黑河種源發(fā)芽率較高,興凱湖種源最低；種子的發(fā)芽式樣也存在種間差異。樟子松發(fā)芽較早結(jié)束也很快,赤松的韓國(guó)種源發(fā)芽較晚,但持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)。子葉數(shù)量、子葉長(zhǎng)度以及初生幼苗的高度在種間、種群間及個(gè)體間均差異顯著,其最大值發(fā)現(xiàn)于赤松中。長(zhǎng)白松和樟子松差異不顯著。在赤松各種源中,興凱湖種

6、群上述各項(xiàng)指標(biāo)的值最大,雞東的則最小。
　　 3.針葉、種子和幼苗性狀進(jìn)行聚類分析結(jié)果表明,東北松屬雙維管束樹(shù)種的9個(gè)供試種群共分成3個(gè)組,其中樟子松的3個(gè)種群形成了一個(gè)組。另一組由3個(gè)亞組組成,赤松中的興凱湖種群、雞東種群和二道白河種群形成一個(gè)亞組,而東寧和韓國(guó)種群形成另一個(gè)亞組,長(zhǎng)白松安圖種群?jiǎn)为?dú)成為這一組的第三個(gè)分支。對(duì)9個(gè)種群的針葉、種子和幼苗性狀典型判別式分析和主成分分析表明,現(xiàn)存長(zhǎng)白松種群介于赤松和樟子松2大類之間,

7、而與赤松有更近的親緣關(guān)系。
　　 4.東北松屬雙維管束樹(shù)種幼苗能夠忍耐長(zhǎng)期的高溫脅迫,在相同的高溫脅迫下,赤松幼苗總生物量明顯高于樟子松。在種群水平上,赤松中興凱湖松種群生物量最高,安圖種群生物量最小。樟子松中黑河種群幼苗生物量最大,漠河種群最小。
　　 5.在種間和種群2個(gè)水平上的分析表明,在長(zhǎng)期的高溫脅迫下,赤松、長(zhǎng)白松和樟子松種間最大光合速率(P=0.34)、呼吸速率(P=0.15)和表觀量子效率(P=0.18)的

8、差異均不顯著,但種群間差異顯著。其中,赤松中東寧和興凱湖種群幼苗的光合能力最強(qiáng)；種群間表觀量子效率(AQY)差異顯著(P=0.08),其中興凱湖種群表觀量子效率最高,為0.0845±0.0024 mol CO2·mol-1 photons,較其他種群高13.10～159.23％,樟子松中黑河種群的表觀量子效率最低。種群間呼吸速率(Rd)差異顯著(P<0.01),黑河和興凱湖種群的呼吸速率最高(分別為1.62±0.μmolCO2·m-2·

9、s-1,1.52±0.30μmolCO2·m-2·s-1),安圖和東寧種群的呼吸速率最低,分別為0.40±0.01μmolCO2·m-2·s-1,0.34±0.03μmolCO2·m-2·s-1。這種種群間的差別主要受種群所處的生態(tài)環(huán)境影響,也與種群的生態(tài)適應(yīng)特性有關(guān)。
　　 6.在長(zhǎng)期高溫脅迫的條件下,赤松和樟子松群幼苗的非結(jié)構(gòu)碳水化合物相對(duì)含量有很大差異。樟子松3個(gè)種群幼苗的可溶性糖和淀粉含量明顯與高于赤松的4個(gè)種群；在幼苗

10、植物體的非結(jié)構(gòu)碳水化合物(NSC)的含量也有所不同,總體上,樟子松幼苗NSC含量高于赤松。樟子松的3個(gè)種群中,黑河、紅花爾基和漠河幼苗根系部分可溶性糖的含量依次遞減,以主根和側(cè)根中含量最高。赤松各種群幼苗各器官中,側(cè)根的可溶性糖含量相對(duì)較高,最高為8.52％。較高的淀粉含量發(fā)現(xiàn)于樟子松(黑河與漠河種群)的側(cè)根,赤松中葉淀粉含量最低,除興凱湖種群外,其余3種群僅為2.28％-2.56％。
　　 7.在樟子松和赤松可溶性糖差別不顯著

11、,但在不同種群中,單株NSC的積累差別很大,樟子松的黑河種群NSC最高,其中可溶性糖和淀粉積累量平均分別為0.68g/株0.72g/株,漠河種群積累量最低,可溶性糖和淀粉積累平均為0.2g/株。赤松的興凱湖種群的NSC最高,安圖種群的積累量最低。
　　 8.種間及種群間幼苗生物量與NSC含量的差異與植物受脅迫的程度有關(guān)。受脅迫程度越大,生物量越小,而植物體積累的NSC越多,以抵抗不良的環(huán)境條件?？傮w上,赤松的各地理種群中興凱湖種