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新视窗 克隆植物生态学
作者:生科院植…    文章来源:西北农林科技大学    点击数:1276    更新时间:2010/7/13
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    克隆植物是指在自然生境条件下,能通过营养繁殖产生与其“母性”个体在基因上完全一致的新个体的植物。在植物界中有一大类植物属于克隆植物,如苔藓植物,大部分蕨类植物和许多被子植物。克隆植物几乎是所有类型生态系统的组成成分,在许多陆地生态系统和水生生态系统中都处于优势地位。另外,许多重要的农作物、经济植物、药用植物和资源植物,以及不少有毒和有害杂草也都是克隆植物。然而在人工技术措施条件下实现植物的无性繁殖,如园艺上的扦插、压条繁殖、组织和细胞培养产生的新植物个体,确切地说应是植物的克隆,而并非克隆植物。根据克隆所发生器官不同,克隆植物可分为根状茎型克隆植物(如芦苇),匍匐茎型克隆植物(如草莓),丛生型克隆植物(如芨芨草),球茎型克隆植物(如马铃薯),鳞茎型克隆植物(如大蒜)和根出条型克隆植物(如小叶杨)等类型。
    克隆植物由有性生殖过程(合子)发育而来的个体(例如,由种子萌发产生的个体),称为基株。基株通过克隆生长产生多个在遗传上一致的个体,称为克隆分株。分株具有各自独立的枝系(如高等植物的叶、茎、花和果实)和根系,并在一定时期内由间隔子(如匍匐茎和根状茎的节间)相互连接,具有潜在的独立存活能力。克隆植物通过克隆生长能不断产生新的分株,从而实现在空间上的移动和占居新的生境位点。由此可见,克隆植物的空间可移动性是区别于非克隆植物最基本的特征之一。
    在自然环境中,由于植物生长所需的资源(如光照、水分、养分等)在时空上分布极不均匀,一般植物就难以有效地获取其所需的资源,而克隆植物同一基株相连的分株,往往可以占据资源水平不同的斑块,并通过分株之间物质的源-库传输,使生长在资源水平低斑块的分株从资源水平高的斑块中获得丰富的养分或水分,从而缓解了环境中资源不均匀或干扰胁迫对生长和繁殖带来的不利影响。这种克隆植物分株间资源的传输,称为克隆生理整合作用,或简称克隆整合。
    另外,克隆植物的外部形态特征,如间隔子长度、分枝强度和分枝角度等,均能对环境资源(如光照、水分、养分等)的不同水平发生可塑性反应,这种克隆形态可塑性可使克隆植物改变其克隆分株空间放置的格局。由于克隆形态可塑性和分株间资源共享的特性,使得在不同小生境中的克隆分株形成有利于不同资源吸收的功能形态,这种现象称为分株的功能分工。比如,当位于高光照低养分小生境中的克隆分株与处于高养分低光照小生境中的克隆分株相连接时,处于高光照低养分小生境中的分株把较多资源分配给地上器官(如叶子),加强对光资源的捕获和同化;而处于高养分低光照小生境中的分株则把较多资源分配给地下器官(如根),增加对养分的吸收。
    自从20世纪80年代以来,国际上有关克隆植物生态学方面的研究,即克隆植物与其环境关系的研究已成为当今植物生态学的研究热点之一。克隆植物生态学的研究内容主要包括:(1)克隆植物行为生态学研究,如克隆可塑性(觅食行为)、克隆整合性(克隆内资源共享)、克隆内分株间的功能分工、克隆分株异质性放置格局与环境异质性格局的关系等;(2)克隆植物进化生态学研究,克隆植物利用中、小尺度环境异质性的生态对策和克隆植物的进化趋势、克隆植物在异质环境中的等级表型选择;(3)克隆植物种群生态学研究,克隆植物的生活史动态和种群统计学研究、克隆植物克隆内竞争和克隆间竞争,以及克隆植物与非克隆植物的竞争、克隆植物种群内遗传结构和遗传多样性及克隆生长对多样性的贡献;(4)克隆植物在群落和生态系统中的作用,主要包括克隆植物对群落稳定性的控制、对物种多样性和养分循环等生态过程作用机制;(5)克隆植物有性/无性繁殖途径与全球变化的关系,其内容有克隆植物繁殖投资格局沿地理尺度环境梯度的变化,生态系统中克隆植物及其克隆生长类型组成对全球变化的反应。
    通常研究克隆植物生态学所采用的方法有:(1)实验生态学方法,假说检验和机理探讨;(2)进化生态学方法,分析生态适应性和进化潜势;(3)分子生物学方法,揭示自然种群基因型组成格局和克隆生长过程;(4)生态学数值分析和模拟方法,进行假说分析、外推和预测等。
    克隆植物生态学的研究将会对生态学理论的创新起重要作用,同时,克隆植物生态学也为植物的适应与进化、种群过程、群落结构与过程的研究,提供了新的研究视角与途径,其研究成果极有可能为这些学科领域增添新的内容。由于克隆植物的经济价值和危害性均与克隆生长习性密切相关。因此,克隆植物生态研究成果对各种类型生态系统的管理、环境保护和可持续发展密切相关,具有巨大的潜在应用价值。

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