不同生活型植物对机械刺激的反应

机械刺激效应（Effects of mechanical stimulation）是风生态学直接效应的主要表现形式。研究机械刺激对植物的影响，有利于将风的直接与间接效应区别开来，从而精确研究植物对风的反应格局;研究不同生活型植物对机械刺激的反应是植物力学与植物生态学的重要内容，有助于揭示植物对生境的适应机制。 本研究涉及三个实验。第一个实验探讨不同生活型植物对机械刺激和水分互作的响应格局;第二个实验研究匍匐茎草本植物蛇莓对部分机械刺激的反应;最后一个实验揭示不同水分供应条件下，番茄和紫花苜蓿对不同机械刺激频度的响应。在第一个实验中，克隆半灌木羊柴（Hedysarum laeve），一年生草本植物虫实（Corispermum mongolicum），多年生大型禾草沙鞭（Psammochloa villosa）和多年生丛生禾草黑麦草（Lolium perenne）分别接受由两个水平机械刺激（无刺激和刺激60 s d-1）和两个水平水分供应（200 ml d-1和400 ml d-1）组成的处理。在第二个实验中，匍匐茎草本蛇莓（Duchesnea indica）接受4个不同水平的机械刺激：（1）整个克隆不受机械刺激;（2）整个克隆都受机械刺激;（3）除顶端外其余克隆部分受机械刺激;（4）仅克隆顶端受机械刺激，其余部分不受机械刺激。在最后一个实验中，番茄（Lycopersicon esculentum）和紫花苜蓿（Medicago sativa）接受由三个水平机械刺激频度（0，25赫兹和50赫兹）和三个水平水分供应（50ml，150ml和250ml）组成的处理。这些实验主要回答不同生活型植物的生长和（或）机械性状如何响应机械刺激。主要结果如下： （1）在对机械刺激和水分交互效应的实验中，交互效应随物种发生变化。机械刺激和水分的交互效应对羊柴、番茄和紫花苜蓿作用不显著，但对虫实、沙鞭和黑麦草作用显著。 （2）在对机械刺激的研究中，机械刺激对植物的效应有正负之分。如机械刺激降低羊柴和沙鞭的总生物量，表明其是一种胁迫因子。但对于虫实、番茄和紫花苜蓿来说，机械刺激却能不同程度地促进植物的生长。 （3）机械刺激对虫实的机械性状没有显著影响，但对羊柴的机械性状恰好相反。此外，水分对虫实机械性状有显著影响。 （4）不同植物对机械刺激频度的敏感性存在差异。对番茄来而言，50赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用;对紫花苜蓿来说，25赫兹的机械刺激对其生长具有较强的促进作用。 （5）蛇莓对局部机械刺激具有显著反应，特别是在顶端进行机械刺激的处理中，整个克隆片段的叶柄长度缩短，根冠比发生改变，将较多的生物量分配到根。 这些结果表明：（1）不同物种对机械刺激和水分互作的反应可能与机械震动方式及物种本身有关;（2）单位植物大小所承受的机械刺激的强度及物种的生长速率是不一样的;（3）不同反应间的相互作用及相互独立可部分解释物种间的效应差异;（4）接触性形态建成的效应不能从一个物种外推到另外一个物种。 以前的研究集中探讨直立茎植物对机械刺激的响应，而对匍匐茎植物的研究极为贫乏。我们对蛇莓部分机械刺激的研究仅仅是一个初步探索。蛇莓的可塑性行为可能是一种适应性策略，因为这类植物常常生长在机械刺激频繁的开阔生境中。上述三个实验仅仅从生长和机械角度探讨了植物的适应性，而要真正揭示植物对多风生境的适应需要对不同物种进行多水平、多层面的研究，以期掌握不同生活型植物对机械刺激响应的一般格局。例如，从激素、细胞、解剖结构等方面探索其内在机制。

薇甘菊对其入侵地植物种子萌发和幼苗生长的化感影响

薇甘菊主要入侵我国华南的广东、海南和云南三省，给当地造成了严重的危害，其强烈的化感作用被认为是其成功入侵的原因之一。而目前对薇甘菊化感作用的研究还较少，因而对薇甘菊化感作用的认识还有待深入的研究。另外，在对入侵植物入侵群落进行恢复时，由于入侵植物的凋落物以及生长过的土壤都还含有化感物质，常常导致恢复难以继续。因而选择抗化感能力强的物种来恢复薇甘菊的入侵地也成为该研究的一个主题。本文以薇甘菊为实验材料来研究薇甘菊化感作用对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长的影响，同时筛选化感抗性强的物种以进行薇甘菊入侵地的恢复工作。其主要结论如下： 1、薇甘菊根和叶的提取液对植物种子活力、种子萌发和幼苗生长都有很大的抑制作用，并且这种抑制作用随着提取液浓度的升高以及处理时间的延长而加强，这证明了薇甘菊具有很强的化感作用。 2、一些植物种子萌发和幼苗生长在低、中浓度提取液以及高浓度提取液的短时间的处理下能被促进，不过在高浓度的提取液以及长时间的处理下都被抑制，这说明化感作用是抑制还是促进作用在很大程度上受到提取液浓度和处理时间的影响。 3、薇甘菊提取液（50 g L-1）对紫薇(Lagerstroemia indica)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、黑麦草(Lolium perenne)和西葫芦（Cucurbita pepo）种子处理50-100 h就能极大的影响到其后的种子萌发和幼苗生长，这说明薇甘菊在短时间（50-100 h）就能给植物产生极强的化感作用，也进一步证实薇甘菊很强的化感作用。 4、由于各物种进化历史的不同，而且各物种在对薇甘菊的化感抗性上也存在着差异，所以各物种对薇甘菊提取液的化感反应也各不相同。 5、薇甘菊根提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响要大于叶提取液对刺槐和紫薇幼苗根的生长的影响，而对刺槐和紫薇种子萌发率、初始萌发时间、萌发速率以及幼苗株高的影响却是叶提取液的化感作用强。这支持了一个新的假设：由于物种间代谢的多样性，至少在根和叶对受试植物根的化感影响方面，对于一些物种来说根的化感作用可能强于叶的化感作用，对于另一些物种来说叶的化感作用可能强于根的化感作用。 6、薇甘菊叶提取液对西葫芦种子活力、种子萌发和幼苗生长的化感影响大，而对其后开花时间以及开花的数目没有明显的影响，这说明薇甘菊对西葫芦生活史前期的化感影响要大于对西葫芦生活史后期的化感影响。 7、薇甘菊叶的水提取液对种子萌发的抑制作用要大于对幼苗生长的抑制作用;对非豆科植物种子萌发的影响要大于对豆科植物种子萌发的影响，而对非豆科植物幼苗生长的影响要小于对豆科植物幼苗生长的影响;对本地种的抑制作用要大于对外来归化种的抑制作用。 本研究证实了薇甘菊强烈的化感作用，根提取液对受体植物幼根生长的影响大于叶提取液对受体植物幼根生长的影响，这种化感作用可能极大的促进了薇甘菊的入侵。另外，在恢复薇甘菊入侵群落时，考虑到薇甘菊的化感作用，理应选择外来的已经归化了的非豆科植物的幼苗。