短命植物异果芥果实与种子异形性对荒漠环境的可塑性响应

表型可塑性在增强植物对异质环境的适应及加速物种形成和进化等方面的作用已引起植物进化生物学和生态学等领域的高度关注。异果芥是十字花科植物中少有的同时具异形果实和种子的一年生短命植物。在我国，该物种仅分布于新疆北部荒漠区，其植株总状花序的上部花分化出扁平、开裂的长角果以及具较宽种翅和较多粘液物质的种子，而下部花则形成圆柱状、不开裂的长角果以及具较窄种翅和较少粘液物质的种子。此现象是该物种在长期适应荒漠环境的过程中形成的、具遗传稳定性的可塑性响应。本项目通过对异果芥异形果实和种子在土壤种子库中的动态、异形种子萌发可塑性对植株生活史特征的影响及异形果实与种子生产与环境胁迫关系的研究，得出如下主要结果：①异形果实及其种子对其土壤种子库的贡献不同。其中，上部果种子上部果种子可形成短暂土壤种子库；因果皮抑制作用，下部果种子可形成持久土壤种子库。②异形种子对植株生活史的表达无显著影响，但萌发时间和浇水处理显著影响物候、种子大小、繁殖器官生物量及其生物量分配等生活史特征。③在适宜的环境条件下，异果芥更倾向于提高花序上部果的数量和质量；在不利的环境条件下，异果芥更倾向于保障花序下部果及其种子的生产。通过上述研究结果，本项目证实了，异果芥异形果实和种子在扩散与休眠/萌发特性及土壤种子库类型上的差异及其异形种子所形成植株在异形果实及种子生产上对环境变化的响应，均表现出其对准噶尔荒漠异质环境适应的一种“两头下注”策略。其中，开裂的上部果所产生的种子具较强扩散能力和低休眠性，有利于该物种快速占据新的生境并扩大种群，代表“高风险”的适应策略；而不开裂的下部果可使其种子在母株附近扩散并延迟萌发，在适宜生境中形成持久种子库，是一种“低风险”的适应策略。