槭屬2種植物果實(shí)形態(tài)特征與擴(kuò)散特性的比較

王愛波

摘要：以雞爪槭（Acer palmatum Thunb.）變種紅楓（Atropurpureum）和美國紅楓（Acer rubrum L.）品種秋火焰（Autumn Flame）的果實(shí)為材料，對2種植物果實(shí)形態(tài)特征與擴(kuò)散特性進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明，秋火焰果實(shí)質(zhì)量和去翅果質(zhì)量均顯著低于紅楓；秋火焰果實(shí)長比紅楓顯著長1.757 mm，而果翅長較紅楓顯著短4.245 mm，二者在果實(shí)兩側(cè)寬、果實(shí)背腹寬和果翅寬上均差異不顯著；在200 cm高的靜止空氣中，秋火焰果實(shí)降落時(shí)間和速度大于紅楓，二者降落時(shí)間相差1.163 2 s，降落速度相差77.278 cm/s；在1、2、3、4 m/s 這4種風(fēng)速下，秋火焰果實(shí)擴(kuò)散距離顯著大于紅楓，二者相差0.362～0.960 m?？梢姡锘鹧婀麑?shí)擴(kuò)散能力強(qiáng)，而紅楓果實(shí)擴(kuò)散能力弱，2種植物果實(shí)擴(kuò)散能力與果實(shí)質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。秋火焰相對于紅楓來說更易于擴(kuò)大物種分布范圍。

關(guān)鍵詞：槭屬；紅楓；果實(shí)；形態(tài)特征；擴(kuò)散特性

中圖分類號： S687.101

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0271-02

植物的擴(kuò)散是指植物以各種散布器官（擴(kuò)散體，diaspore）離開母體到達(dá)一個(gè)安全（適于萌發(fā)、生長和繁殖）生境的過程[1]，是植物更新的關(guān)鍵階段[2-3]。種子擴(kuò)散是植物生活史中的重要階段，其將母株生殖周期的末端與它們后代種群的建立連結(jié)起來，對植被結(jié)構(gòu)具有深刻的影響[4]。果實(shí)或種子的擴(kuò)散方式是由擴(kuò)散媒介及與擴(kuò)散相關(guān)的果實(shí)和種子特征所決定的[5]，其中種子大小、果皮或果實(shí)結(jié)構(gòu)等對擴(kuò)散起決定作用[6]。研究種子和果實(shí)的擴(kuò)散特征對了解植物種子庫及其更新格局、物種的生態(tài)適應(yīng)及其種群對策、種群和群落的結(jié)構(gòu)和動態(tài)、更新和演替都有重要意義[5，7-9]，同時(shí)可以為植物種子生態(tài)學(xué)的研究提供參考和積累理論資料。

槭樹科（Aceraceae）槭屬（Acer L.）植物是現(xiàn)代園林建設(shè)中的重要造景材料，以絢麗的葉色、豐富的葉形和雅致的翅果聞名于世[10]。因此，槭屬植物被各地廣泛引種栽培。槭屬植物的翅果可借助風(fēng)力進(jìn)行擴(kuò)散，其從母株上垂直降落的速度和水平擴(kuò)散的距離影響后代的分布位置。一般垂直降落速度越低，擴(kuò)散距離越遠(yuǎn)，意味著果實(shí)在空氣中的浮力越大，且越易于擴(kuò)散至較遠(yuǎn)環(huán)境，即果實(shí)或種子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，越易于增加物種生存和種群擴(kuò)大的機(jī)會，越有利于物種占據(jù)新的生境，從而擴(kuò)大其分布范圍。

本試驗(yàn)以槭屬植物雞爪槭（Acer palmatum Thunb.）的變種紅楓（Atropurpureum）和美國紅楓（Acer rubrum L.）品種秋火焰（Autumn Flame）成熟果實(shí)為試驗(yàn)材料，對二者果實(shí)大小、質(zhì)量、垂直降落時(shí)間和速度及水平擴(kuò)散距離進(jìn)行比較研究，以期揭示二者果實(shí)形態(tài)特征與擴(kuò)散特性之間的聯(lián)系，并對比兩者在果實(shí)形態(tài)特征上和擴(kuò)散特性上的差異，以期為槭屬植物種子生態(tài)學(xué)的研究提供參考和積累理論資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為雞爪槭（Acer palmatum Thunb.）的變種紅楓（Atropurpureum）和美國紅楓（Acer rubrum L.）品種秋火焰（Autumn Flame）的成熟果實(shí)，紅楓果實(shí)于2014年7月在商丘學(xué)院校園內(nèi)采收，秋火焰果實(shí)于2014年9月購于美國種子進(jìn)出口有限公司。果實(shí)形態(tài)特征和擴(kuò)散特性的測定于2014年9月在商丘學(xué)院風(fēng)景園林學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 果實(shí)形態(tài)特征觀測 2種植物果實(shí)各50粒，用游標(biāo)卡尺測量取果實(shí)長、果實(shí)背腹寬、果實(shí)兩側(cè)寬、果翅長和果翅寬。果實(shí)質(zhì)量測定采用電子天平測量100粒完整果實(shí)質(zhì)量、100粒去掉果翅的果實(shí)質(zhì)量及100粒果實(shí)的果翅質(zhì)量，各4個(gè)重復(fù)。

1.2.2 果實(shí)擴(kuò)散特性測定 即果實(shí)在靜止空氣中的降落時(shí)間和速度測定。在200 cm高的塑料圓柱筒中，用秒表測定果實(shí)從頂部到底部的降落時(shí)間，以確定其在靜止空氣中的降落速度。每種果實(shí)重復(fù)50次，降落時(shí)間取50次的平均值。

果實(shí)在水平方向的擴(kuò)散距離，將2種果實(shí)分別在100 cm高處釋放，在由電風(fēng)扇產(chǎn)生的水平氣流中降落，在1、2、3、 4 m/s 的4種風(fēng)速下進(jìn)行測定，記錄每種果實(shí)在水平方向上的擴(kuò)散距離。每種果實(shí)重復(fù)50次，擴(kuò)散距離取50次的平均值。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 13.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，Tukeys HSD用于檢驗(yàn)處理間多重比較的差異顯著性（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)大小

秋火焰果實(shí)長和果翅寬均大于紅楓，其中果實(shí)長顯著高出1.757 mm。與之相反，紅楓的果實(shí)兩側(cè)寬、果實(shí)背腹寬和果翅長則大于秋火焰，紅楓的果翅長較秋火焰顯著高 4.245 mm（圖1）。

2.2 果實(shí)質(zhì)量

紅楓的完整果實(shí)質(zhì)量和去果翅果實(shí)百粒質(zhì)量均顯著大于秋火焰，高1.438、1.277 g；二者果翅質(zhì)量差異不顯著（圖2）。

2.3 果實(shí)在靜止空氣中的降落時(shí)間和速度

紅楓與秋火焰果實(shí)降落時(shí)間與降落速度均存在極顯著差異（表1）。降落時(shí)間表現(xiàn)為紅楓<秋火焰，而降落速度表現(xiàn)為秋火焰<紅楓。

2.4 果實(shí)在水平方向的擴(kuò)散距離

風(fēng)速對擴(kuò)散距離影響顯著，隨風(fēng)速增加，果實(shí)擴(kuò)散距離顯著增大（圖3）。在4種風(fēng)速下，擴(kuò)散距離均表現(xiàn)為秋火焰顯著大于紅楓，兩者相差0.362～0.960 m。

3 結(jié)論與討論

一般來說，果實(shí)垂直擴(kuò)散所需時(shí)間越長，擴(kuò)散速度越小，果實(shí)水平擴(kuò)散距離越遠(yuǎn)，果實(shí)擴(kuò)散能力越強(qiáng)。果實(shí)擴(kuò)散能力與擴(kuò)散單元質(zhì)量存在相關(guān)性，即擴(kuò)散單元越輕，擴(kuò)散能力越強(qiáng)[11]。本試驗(yàn)中，秋火焰果實(shí)質(zhì)量顯著小于紅楓，果實(shí)垂直降落時(shí)間表現(xiàn)為秋火焰顯著大于紅楓，果實(shí)垂直擴(kuò)散速度表現(xiàn)為秋火焰顯著小于紅楓，果實(shí)在4種風(fēng)速下秋火焰擴(kuò)散距離均顯著大于紅楓?？梢娗锘鹧婀麑?shí)質(zhì)量小，擴(kuò)散能力強(qiáng)，而紅楓果實(shí)質(zhì)量大，擴(kuò)散能力弱，2種植物果實(shí)擴(kuò)散能力與果實(shí)質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。

擴(kuò)散單元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與擴(kuò)散能力也有一定的相關(guān)性，如菊科植物疏齒千里光（Senecio subdentatus）果實(shí)冠毛長度與擴(kuò)散能力正相關(guān)[12]。本試驗(yàn)中，2種植物擴(kuò)散能力差異顯著，這與果實(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也有一定的相關(guān)性，二者在果實(shí)兩側(cè)寬、果實(shí)背腹寬和果翅寬上均差異不顯著，紅楓果翅長顯著大于秋火焰，而秋火焰果實(shí)長顯著大于紅楓，是否是果實(shí)長度影響擴(kuò)展距離，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

秋火焰果實(shí)擴(kuò)散能力強(qiáng)，而紅楓果實(shí)擴(kuò)散能力弱，說明秋火焰相對于紅楓來說具有更多物種生存和種群擴(kuò)大的機(jī)會，更易于占據(jù)新的生境，從而擴(kuò)大其分布范圍。

參考文獻(xiàn)：

[1]Harper J L. Population biology of plants[M]. New York：Academic Press，1977.

[2]劉曉風(fēng)，譚敦炎. 24種十字花科短命植物的擴(kuò)散體特征與擴(kuò)散對策[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，31（6）：1019-1027.

[3]van der Pijl L. Principles of dispersal in higher plants[M]. 3rd ed. Heidelberg：Springer-Verlag，1982.

[4]李儒海，強(qiáng) 勝. 雜草種子傳播研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（12）：5361-5370.

[5]Sinha A，Davidar P. Seed dispersal ecology of a wind dispersed rain forest tree in the western Ghats，India[J]. Biotropica，1992，24：519-526.

[6]Wender N J，Polisetty C R，Donohue K. Density-dependent processes influencing the evolutionary dynamics of dispersal：a functional analysis of seed dispersal in Arabidopsis thaliana（Brassicaceae）[J]. American Journal of Botany，2005，92（6）：960-971.

[7]Arbelaez M V，Parrado-Rosselli A. Seed dispersal modes of the sandstone plateau vegetation of the middle Caqueta river region，Colombian Amazonia[J]. Biotropica，2005，37（1）：64-72.

[8]張玉波，李景文，張 昊，等. 胡楊種子散布的時(shí)空分布格局[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（8）：1994-2000.

[9]韓有志，王政權(quán). 天然次生林中水曲柳種子的擴(kuò)散格局[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，26（1）：51-57.

[10]魯儀增. 北美紅花槭引種應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 山東林業(yè)科技，2010（6）：89-92.

[11]Meyer S E，Carlson S L. Achene mass variation in Ericameria nauseosus（Asteraceae） in relation to dispersal ability and seedling fitness[J]. Functional Ecology，2001，15：274-281.

[12]吉乃提汗·馬木提，譚敦炎，成小軍. 一年生短命植物疏齒千里光果實(shí)異形性的生態(tài)學(xué)意義[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，35（6）：663-671.趙興華，裴新輝，楊佳明，等. LA 和O型百合正反交試驗(yàn)及胚培養(yǎng)的雜交效果[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（4）：273-274.