不同营养化水平湖泊水生植物繁殖策略的比较及适应机制研究

The aquatic plants play an important role on the structures and functions of the water ecosystems. They are not only the critical taxa on maintaining the health of the lake ecosystems, but also the basis of the diversity of them. Eutrophication of shallow lakes in which lots of aquatic plants become extinction caused by the global water nutrient input is one of the main problems faced by the aquatic plants. Nevertheless, there are still a few aquatic plants able to survive and reproduce. One of the important reasons is that the aquatic plants form the adaptive reproduction strategies to the eutrophication. We could understand the adaptive mechanisms of aquatic plants to the process of water eutrophication through the investigation on the differences of these reproductive strategies in different eutrophic lakes, which could provide the basis on restoration of the aquatic plants in eutrophic lakes. Here, we choose some of the eutrophication and oligotrophic lakes as study areas, Myriophyllum verticillatum, Vallisneria natans and Nymphoides peltatum as our study materials to investigate the resource allocation, sex allocation and vegetative allocation pattern among different eutrophic natural lakes and different nutrient contents in common pool. The results will illustrate the reproductive strategies of the aquatic plants in the different trophic levels; clarify the key features of the plants that adapt to eutrophication and provide the basic data for the eutrophic lakes.

水生植物在决定水体生态系统结构与功能上有重要作用，它不仅是湖泊生态系统健康运转的关键生物类群，也是湖泊生态系统多样性的基础。然而全球范围内水体营养物质输入所引起的浅水湖泊富营养化使得水生植物的大量消退是水生植物所面临的主要问题之一。尽管如此，仍然有少数水生植物能够生存和繁衍，其原因在于水生植物形成了适应富营养化条件的繁殖策略。通过比较水生植物在不同营养化湖泊中繁殖策略的差异，可以从繁殖策略的角度了解水生植物对水体富营养化过程的适应机制，为富营养化湖泊水生植物的修复提供基础。本研究拟在前期工作的基础上，选取云贵高原不同营养化水平的湖泊作为研究地点，同时选取狐尾藻、苦草以及莕菜作为研究材料，从繁殖分配、性表达以及无性繁殖特征三方面，通过野外调查与原位研究相结合的方法，探讨水生植物在不同营养化水平下繁殖策略的差异，阐明其适应富营养化过程的关键策略，为湖泊富营养化治理提供基础数据。

水生植物是湖泊生态系统健康运转的关键生物类群，也是湖泊生态系统多样性的基础。然而，随着水体富营养化，水生植物特别是其种群衰退和消失的现象在世界范围内普遍出现。尽管如此，在富营养化湖泊中，仍然有少量水生植物能够稳定存在，而且种群能达到一定的规模，其自身的繁殖策略必然适应富营养化湖泊的水体环境。本研究选取穗花狐尾藻、篦齿眼子菜为主要研究材料，从繁殖分配、遗传分化、植物耐受营养等方面初步阐明了植物适应富营养化的策略。其中，从繁殖分配的角度，阐明了植物适应富营养化的可塑性现象，本研究结果表明，植物可以通过增加无性繁殖体的方式提供自身适应富营养化的能力，改变了以往仅仅依靠种子库增加水生植物规模的单一方式，对于利用水生植物修复富营养化水体具有极高的指导和参考作用。从遗传分化的角度阐述了富营养化对植物遗传多样性的影响。通过开展两个相连通具有广泛基因流湖泊篦齿眼子菜的遗传结构，意外的发现其遗传多样性与物种多样性有很好的相关性，同时，不同营养水平湖泊间也能形成遗传分化，以上发现为后续水生植物对水环境的适应性进化提供了很好的思路。从植物自身耐受营养物质的角度，发现在富营养化湖泊生长的穗状狐尾藻在50mg/L浓度的铵溶液中，其电子传递效率（Fv/m 和Yield值）处于正常范围内；而在贫营养化湖泊生长的穗状狐尾藻其电子传递效率（Fv/m 和Yield值）远低于正常范围，以上结果说明，长期处于富营养条件的沉水植物逐渐形成了对高营养化毒性的可塑性响应机制，可以帮助其抵抗水体中营养物的毒性，维持其生存和种群规模。该结论对于后续研究水生植物营养物质耐受机理具有重要作用。通过以上研究，我们基本了解了水生植物适应富营养化的在形态学、种群遗传学以及生理学的初步机制，为利用水生植物修复富营养化水体提供了新的思路，并为下一个基金的开展打下了良好的基础。