悬铃木种子形态性状与飞行能力的相关性分析文献综述

 2022-07-22 12:21:55

文献综述

一、种子传播

种子传播是指传播体从母本脱离后抵达适宜植物生长发育的环境中的过程,其中植物被传播的部分可以是孢子、种子、果实、复合果、部分植株乃至整个植株[1],种子传播在很大程度上是植物种群持续存在的原因,更广泛的说,是植物在进化过程中取得压倒性胜利的原因[2]。若将种子传播按照“传播者”进行分类,可以分为以水媒、风力传播为主的非生物传播和以动物传播为主的生物传播。其中动物的传播方式有两种,一种是植物种子通过自身外在构造与动物表皮相勾连,利用动物的行动进行传播;另一种是鸟类等动物将果实吞食后,通过排泄等方式进行传播。种子的水媒传播主要是通过降雨时雨水冲刷等方式进行传播[3],Clapham[4]的研究证明靠水媒传播的植物种子或果实成熟掉落时期与雨季到来时期具有一定的同步性。风力传播作为一种非生物的种子传播方式[5],是借助冠毛(pappus)、刚毛等附属物使种子等传播体降低下降的速度由风传播[1]。很多菊科的种子,因瘦果上通常有冠毛,可以帮助其种子进行较长距离的传播,有利于后代对生存空间的开拓。蒲公英(Taraxacum)作为一种多年生、适应性强且易于培养的草本植物,是一种经典的模式植物。

植物在进化过程中不断与周围环境相互作用,使其在外在形态和内在生理上都形成与环境相适应的性状,让植物自身向着有利的方向发展,并减少环境的不利影响,而环境对亲本的影响也会使得子代有所变异,负责的基因在母体世代中被激活,而自然选择可作用的表型在后代中表达。亲本环境和后代表型之间有种滞后联系可能放大或抑制对自然选择的反应[6-9]。而植物也可通过功能性状,如:叶、枝条等看出其对降水、温度、光照、土壤肥力等环境变化的适应情况,同样种子的性状也可以用来反映植物对环境的适应情况[10-11]。为了适应风力传播,植物种子分化出特殊的形态结构,最为常见的是长出种翅和绒毛两种结构。并且种子大小(即种子质量)、种子长度、宽度、冠毛的平展情况、种翅面积等都会影响种子的传播能力,以下将从种子主要性状入手,综述种子性状对种子飞行能力的影响的相关研究结果,为理清影响悬铃木种子飞行的关键性状,探究光照条件对该性状的影响提供参考,并指出目前研究中尚不明确的问题。

  1. 种子的形态特征及其与风力传播的关系

2.1种子大小

在植物性状中,种子大小(即种子质量)是一个关键性状,影响种子大小的主要因素有遗传和环境因素,种间通过资源竞争(光、水和种子扩散介质等),导致种子大小各异。种子大小的不同也可能与物种占居的生境间的差异有关[12-13]

种子大小至少在三个方面对植物生活史很重要(1)在整株植物的水平上,通常必须在种子大小和数量之间进行权衡,因为对于较大的种子,每粒种子的光合作用投资更大。(2)较小的风分散种子下降得更慢并且扩散距离更大。对于恒定的种子几何形状,下降速率随着质量的增加而增加。(3)种子质量对幼苗定居环境有重要影响[14]。也有研究说明能在避光条件下生长的物种的种子质量高于需在充足光照下生长的物种种子质量[15]

2.2种子沉降速度

种子沉降速度是反映种子传播能力的重要参数[16],对于测量种子沉降速度的技术主要依赖于在封闭空间内种子在固定距离自由下落,用秒表记录种子从释放到着落底座的时间。重复多次实验,减少误差,但外界环境特别是垂直气流、水平气流等因素对种子的传播也起到重要作用,可以利用垂直风洞,让种子可以在一个固定的高度悬停,采用高速摄影成像,但高速摄影对于一些小种子很难捕捉到,就可以利用光反射原理,允许种子落入由两个水平,平行的扇形激光束交叉的封闭盒子中。当种子通过每个光束时从种子反射的光触发电子检测系统和计时器。通过计算机自动精确测量种子在已知距离上的速度,以此来计算种子的沉降速度[16-18]

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