两性花植物个体大小依赖的性分配：假说和实验论证

Although the predictions of size-dependent sex allocation have been confirmed in many empirical studies, recent studies indicated that the patterns of size-dependent sex allocation within a given species often differ between populations. Because reproductive success of understory plants is often limited by light availability, light conditions may influcence the patterns of size-dependent sex allocation. We test the following hypotheses: large-sized plants are expected to be more beneficial for light harvesting due to the expansion of large leaves at higher positions than for small-sized plants when light availability is low, such as in the understory of forests, a female-biased sex allocation with increasing plant size might be favored, that is, the pollen to ovule ratio per flower will decrease with increasing plant size; while size-dependent light-resource limation may be not important under full conditions, and a size-independent sex allocation may be favored, that is, the pollen to ovule ratio per flower will not change with plant size. We try to test the above hypotheses through shading experiments, with a perennial hermaphrodite Hosta ventricosa (Liliaceae), and a monocarpic perennial Cardiocrinum giganteum (Liliaceae) as materials.

尽管两性花植物大小依赖的性分配理论得到了很多实验研究的支持，但近年来的一些研究表明，同一植物大小依赖的性分配常因种群（或生境）而异，其中的机制和适应意义仍不清楚。因为林下植物种子的生产主要受光照资源的限制，再结合我们自己前期的工作，我们预测光环境条件的差异会导致不同的大小依赖性分配，并提出如下假说：在林内（或遮荫条件下），大个体由于所处位置较高，比小个体可以获得更多的光照资源，所以出现大小依赖的偏雌性分配（即每花花粉/胚珠比随个体增大而降低）；而在全光照条件下，光照资源不是主要的限制因子，性分配不依赖于个体大小（即每花花粉/胚珠比与个体无关）。我们拟以一种多年生多次生殖植物-紫萼（Hosta ventricosa），和一种单次生殖植物-四川大百合（Cardiocrinum giganteum）为材料，采用盆栽移植或设置样方，进行遮荫处理，以验证上述假说。

尽管两性花植物大小依赖的性分配理论得到了很多实验研究的支持，但近年来的一些研究表明，同一植物大小依赖的性分配常因种群（或生境）而异，其中的机制和适应意义仍不清楚。因为林下植物种子的生产主要受光照资源的限制，我们预测光环境条件的差异会导致不同的大小依赖性分配，并提出如下假说：在林内（或遮荫条件下），大个体由于所处位置较高，比小个体可以获得更多的光照资源，所以出现大小依赖的偏雌性分配（即每花花粉/胚珠比随个体增大而降低）；而在全光照条件下，光照资源不是主要的限制因子，性分配不依赖于个体大小（即每花花粉/胚珠比与个体无关）。为了验证上述假说，我们以多年生多次生殖植物-紫萼（Hosta ventricosa）和单次生殖植物-四川大百合（Cardiocrinum giganteum）为材料，采用盆栽移植或设置样方，进行遮荫处理，对两种植物大小依赖的性分配各进行了连续两年的研究，结果表明：（1）紫萼两年在全光照下和遮荫条件下每花花粉数均随个体增大而增加，但在全光照条件下增加的速度比遮荫条件下要快；大百合两年在全光照下和遮荫条件下每花花粉数均不随个体增大而增加。（2）紫萼和大百合两年在全光照下和遮荫条件下每花胚珠数均随个体增大而增加，而且增加的速率在全光照条件下和遮荫条件下是一样的。（3）紫萼两年在全光照下每花花粉：胚珠比均不依赖于个体大小，而在遮荫条件下每花花粉：胚珠比均随个体增大而降低；大百合两年在全光照下和遮荫条件下每花花粉：胚珠比均不依赖于个体大小。（4）紫萼和大百合两年在全光照下和遮荫条件下每花结籽率均随个体增大而增加，而且增加的速率在全光照条件下和遮荫条件下是一样的。因此，紫萼个体大小依赖的性分配与光照条件有关，而大百合个体大小依赖的性分配与光照条件无关，我们提出的假说只是在紫萼上得到了验证。