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

1、中國東北地區(qū)松屬(Pinus)雙維管束樹種(變種)(樟子松Pinus sylvesmis var.mongolica,、赤松P.densiflora、長白松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白松針葉形態(tài)和解剖特性及幼苗的生長發(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)；通過對(duì)長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,赤松的韓國種源發(fā)芽較晚,但持續(xù)的時(shí)間較長。子葉數(shù)量、子葉長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,而東寧和韓國種群形成另一個(gè)亞組,長白松安圖種群單獨(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種幼苗能夠忍耐長期的高溫脅迫,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,在長期的高溫脅迫下,赤松、長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