海拔梯度上植物种子和叶片功能性状协同变异规律及对环境响应研究

Plant functional traits have emerged as one of hot issues in current ecological studies. However, many studies of plant functional traits now focus on traits variation of single or a few vegetative organs with the environmental factors at community level, rarely involving covariation between vegetative organs and reproductive organs functional traits. In the study, Rhododendron species are selected as research object, which show an obvious ecological geographical replacement distribution pattern along altitude gradient on the Tibetan Plateau, and the reason for their traits variation is unclear. Indoor controlled experiments and field investigations will be carried out for profound and systematical research on variation of leaf functional traits(carbon concentration, nitrogen concentration, phosphorus concentration , morphology and anatomical structure, specific leaf area, leaf dry matter content) and seed functional traits(carbon concentration, nitrogen concentration, phosphorus concentration, morphology and anatomical structure, biomass, germination). Our aims are to explore covariation rules and trade-off strategy for seed and leaf functional traits, and clarify their adaptation to plateau environments. The study will not only deepen and enrich the theory of functional ecology, but also provide theoretical basis for Rhododendron resource utilization.

植物功能性状是当前生态学研究热点之一。目前关于植物功能性状的研究多集中于群落水平上单个或少数营养器官性状随环境的变异，而缺乏对营养器官和繁殖器官多个功能性状的协同变异研究。本项研究拟以青藏高原沿海拔梯度具有明显生态地理替代分布的杜鹃属植物为研究对象，针对影响其性状变异的可能原因，采用室内控制实验和野外调查相结合的方法，系统而深入地对海拔梯度上杜鹃属植物叶片功能性状（碳氮磷含量、外部形态与解剖结构、叶干物质含量、比叶面积）和种子功能性状（碳氮磷含量、外部形态与解剖结构、生物量、萌发）进行研究，探讨其协同变异规律及权衡策略，阐明其对高原环境的适应性。研究结果不仅可以深化与丰富功能生态学理论，也将为杜鹃属植物资源利用提供理论依据。

植物功能性状是当前生态学研究热点之一。目前关于植物功能性状的研究多集中于群落水平上单个或少数营养器官性状随环境的变异，而缺乏对营养器官和繁殖器官多个功能性状的协同变异研究。本项研究选取了青藏高原多雄拉山沿海拔梯度具有明显生态地理替代分布的42种杜鹃属植物为研究对象，针对影响其性状变异的可能原因，采用室内控制实验和野外调查相结合的方法，选取有代表性的叶片功能性状（外部形态与解剖结构、叶干物质含量、比叶面积）和种子功能性状（碳氮磷含量、外部形态与解剖结构、生物量、萌发）进行研究，探讨其协同变异规律及权衡策略，阐明其对高原环境的适应性。 研究发现:（1）杜鹃属植物种子生物量、种子长、种子宽与海拔存在显著负相关关系(p<0.05) ，种子附属结构种翅的长度沿海拔升高逐渐变小，最后消失。种子萌发率受种子大小影响显著，质量大的种子具有更高的萌发率。种子萌发的最适温度与所处海拔具有明显联系，高海拔地区种子萌发最适温度较低。与同一个物种在不同海拔地区功能性状差异不明显，说明其性状受到系统发育的限制。（2）杜鹃属植物叶功能性状指标叶片厚度、比叶重与海拔梯度呈显著的正相关(p<0.05)，叶面积和比叶面积与海拔梯度呈显著负相关(p<0.05),叶干物质含量与海拔梯度呈显著负相关(p<0.05)。（3）不同海拔杜鹃属植物叶片的叶全氮含量、叶全磷含量、叶有机质含量及计量比随海拔梯度增加各指标值表现出不同的变化趋势。叶片全氮含量与海拔梯度存在显著正相关关系(P<0.05)，C:N比值与海拔梯度存在显著负相关关系（P<0.05），其余指标均与海拔梯度无显著相关性，即随海拔升高，杜鹃属植物叶片全氮含量随之增加,而C:N比值则显著减小。综上，种子和叶片功能性状沿着海拔梯度出现了规律性变异，体现了对高寒环境的适应。高海拔地区低温成为限制因子，植物通过改变生长器官和繁殖器官的形态，调整营养和能量输出比例，从而适应高寒环境。研究结果不仅深化与丰富了功能和进化生态学相关理论，也为杜鹃属植物资源利用提供理论依据。