基于降雨格局变化的草原一年生植物适合度对延迟萌发的适应调节机理

Fitness is a core issue of plant population ecology. Under local precipitation pattern change, effect of precipitation quantity and precipitation frequency on plant is obviously different from previous general research results. Adaptation mechanism of plant population fitness on precipitation pattern change is still not clear. Experimental study of population fitness on annual plants is really urgent. We choose four common annual weed plants Setaria viridis, Amaranthus retroflexus, Chenopodium acuminatum and Ch. album as our experimental materials. Considering a vital role of germination during plant settling, we study effect of delayed germination on life history pattern of plant population, fitness-related traits of present population and survival vigor of potential population etc. Our objectives include: revealing the response mechanism of annual plant fitness on precipitation pattern change; exploring the significance of both adaptation and evolution of fitness-related traits of annual plant under precipitation pattern change and delayed germination; discussing the adaptability response of annual plants on climate change; establishing theory foundation plant community succession and deeper ecosystem dynamics study and providing a scientific guidance for avoiding weeds. We are dying to have some new findings in annual plant adaptability and enrich plant population fitness theory.

适合度是植物种群生态学研究的核心理论问题。在区域降雨格局变化的背景下，降雨强度和频次变化对植物的影响不同以往，植物种群适合度对降雨格局变化的适应机制尚不清楚，亟需一年生植物的实验验证研究。本项目以草原区常见的4种一年生杂草狗尾草、反枝苋、绿珠藜和藜为研究对象，结合萌发在植物定居过程中的关键作用，研究降雨格局变化背景下，延迟萌发对植物种群生活史格局、现实种群适合度相关特征和潜在种群生活力影响等内容。本项目旨在：揭示一年生植物种群适合度对降雨格局变化和延迟萌发响应的机理；探究降雨格局变化影响下一年生植物种群适合度相关特征可塑性的适应进化意义，探讨一年生植物对未来气候变化的适应性，为植物群落演替和生态系统动态的深入研究奠定理论基础，并为草地和农田杂草防除提供理论指导。本研究渴望在一年生植物适应性研究方面取得新进展，为植物种群适合度理论的发展作出贡献。

适合度是植物种群生态学研究的核心理论问题。在区域降雨格局变化的背景下，降雨强度和频次变化对植物的影响不同以往，植物种群适合度对降雨格局变化的适应机制尚不清楚，亟需一年生植物的实验验证研究。本项目以草原区常见的4种一年生草本植物藜、反枝苋、狗尾草和虎尾草为研究对象，结合萌发在植物定居过程中的关键作用，研究降雨格局变化背景下，延迟萌发对一年生植物种群生活史格局、现实种群适合度相关特征和潜在种群生活力影响等内容。研究发现：1）由播种时间形成的延迟萌发对藜、反枝苋、狗尾草和虎尾草的物候均具有显著影响。4种植物生活史适应延迟萌发的主要策略为减少营养生长期的长度，提前进入生殖阶段，以保证能够顺利完成生活史、产生种子以延续种群。延迟萌发下降雨格局变化对4种植物各生育期产生不同的影响，降雨格局变化的影响对植物生活史开始时间具有依赖性。2）4种植物的生长和生物量累积特征对延迟萌发的响应表现出相似的变化规律，其生长以及生物量特征均呈现出随萌发时间的延迟而逐渐下降的趋势，且各萌发时间之间差异显著；各植物种的根、茎和叶生物量分配均呈随着萌发时间的延迟而逐渐下降的趋势，而生殖分配呈现出相反的趋势。不同萌发时间下降雨格局变化对一年生植物生长、生物量及生物量分配特征的影响存在差异性和复杂性。3）降雨格局变化对反枝苋的光合生理特征具有显著影响，增雨处理以及降雨间隔时间的延长对狗尾草和虎尾草的生理指标具有促进作用，减雨处理具有抑制作用。4）萌发时间对藜和反枝苋的子代种子萌发特性具有显著影响，且萌发时间的延迟并不利于两种植物子代种子的萌发。降雨间隔时间的延长可能有利于藜和反枝苋子代种子的萌发。一年生植物种群适合度相关特征对变境的可塑性响应对于深入研究植物对未来气候变化的适应具有极为重要的意义，对丰富植物种群适合度理论至关重要。