雌雄异株树种生殖资源分配与种群建立、适应和竞争关系研究

Plant life-history theory is based on dynamic trade-off between plant vegetative growth and reproduction. The trade-off hypothesis is still at the stage of theory research. It has not got enough support from the experiment data. The reproductive costs of reproductive structures in females and males can be separated in dioecious plants. And random factors are easy to be determined. Thus, dioecious plants are the ideal mode for studying reproductive allocation. This project is based on the field observations and control experiments. We try to analyze the pattern of reproductive allocations in Rhamnus davurica and Rhamnus schneideri var. manshurica, and to verify the dynamic trade-off theories between reproduction and vegetative growth and delayed reproductive investment theories. Combining with the processes of seed dispersals and seedlings establishment, this project will explore the community structure and population dynamics in dioecious plants. The innovativeness of this project lie in relating the resource allocation between reproduction and vegetative growth to the processes of adaptation, establishment and competition of trees population.The project will study the effect of inter- and intra-species competition on the resource allocation between reproduction and vegetative growth, and examine the relationships between resource allocation and the population adaptation and establishment in natural conditions. The results of this project will deepen the understandings of population and community development in mixed broadleaf-conifer forest in northeast China. It is very important for directing the forest protection practice.

植物生活史理论以植物营养生长与生殖资源动态平衡假说为基础，但仍处于理论研究阶段，还未得到足够的实验支撑。雌雄异株植物的雌、雄性生殖器官消耗的生殖成本可以分开，且随机性因素易于确定，是研究生殖分配格局的理想模式物种。本项目拟通过野外定位观测与控制实验相结合的方法，以雌雄异株树种鼠李和东北鼠李为研究对象，分析雌雄异株树种的生殖分配格局，检验生殖与营养生长之间的动态平衡理论和延迟生殖投资理论；结合种子传播、幼苗建立过程，探讨雌雄异株树种的种群结构特征及种群动态。本项目创新性在于尝试将生殖与营养生长之间资源分配过程与树木种群建立、适应和竞争等问题联系起来，研究种内与种间竞争对生殖和营养生长之间的资源分配过程的影响，检验资源分配过程与树木在自然条件下的种群建立、适应之间的关系。项目研究结果对深化东北针阔混交林种群及群落发展的认识，指导森林保护实践具有重要意义。

植物从外界环境中获取的可利用性资源总量是十分有限的，增加生殖功能资源量必然会降低营养功能资源量的投入，即植物不同功能之间存在着“此消彼长”的权衡关系。生殖、营养生长和生存防御之间的权衡关系是生物生活史的重要组成部分。本研究分析了生物量异速生长的雌雄二态性特征，研究了雌雄异株植物的生殖与营养生长之间权衡关系，揭示了影响雌雄异株植物繁殖成功的限制性因子，探讨了雌雄异株植物生殖耗费补偿机制。.1. 生物量异速生长特征雌雄二态性.鼠李和东北鼠李不同营养器官生物量的异速生长特征可以利用幂函数和线性模型加以描述。然而，雌雄植株生殖生物量的线性异速生长模型斜率不同，表明雌雄植株开始繁殖时植株大小不同。雌树和雄树的生殖器官生物量具有一致的大小依赖格局。根据生殖分配理论，雌树比雄树要分配更多生物量用于生殖，不可避免会对营养生长产生负向影响。然而鼠李和东北鼠李繁殖雌树并未出现比雄树更低的营养生长现象。.2. 雌雄异株植物生殖资源权衡.由于不同构件水平上植物器官的自组织程度不同，从不同构件水平上检验鼠李的生殖资源权衡。在枝条水平、树枝水平和植株水平上，鼠李都不存在当年生殖与叶片营养生长的权衡关系。在树枝水平上检测到了年际间的生殖与营养生长权衡关系，而在其它构件水平上这种年际间权衡并不显著。在种群水平上，鼠李种群性比显著偏离1:1。因此，植物器官的自组织程度和植株性别影响着植物生殖资源权衡关系。.3. 雌雄异株植物生殖成功影响因子.鼠李雌树死亡率高于雄树，雌树生殖与存活之间存在着此消彼长的权衡关系。海拔、邻体竞争和雌树大小对坐果率都没有显著影响。雌树与“距最近雄树距离”显著负向影响雌树坐果率。雌树果实数量和坐果率随着“距最近雄树距离”的增加而下降，并且这种负向关系可以利用指数模型加以描述。结果支持花粉限制是影响鼠李繁殖成功与否关键因子的论点。土壤养分增加将降低生殖资源分配，而增加营养生长资源分配。.4. 雌雄异株植物生殖耗费补偿机制.根据植物生活史理论，雌树由于开花、结实要付出更高的生殖代价，从而会导致其营养生长降低。但鼠李生殖与营养生长之间并不存在权衡关系，雌树并未由于生殖活动而降低其营养生长。这暗示某种补偿机制弥补了雌树生殖活动消耗掉的资源。在低光强下鼠李雌树与雄树叶片的净光合速率差异并不显著；而在较高光强下雌树叶片的净光合速率大于雄树。