Ultrastructural Observation and Cytochemical Analysis of Oogenesis in Marchantia polymorpha L.
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摘要: 采用电镜和细胞化学技术对地钱(Marchantia polymorpha)卵发生过程进行了研究,根据卵发生过程中细胞化学和超微结构特征可将卵发育过程分为幼卵、中期卵和成熟卵3个阶段。幼卵阶段,卵细胞、腹沟细胞及颈沟细胞间有发达的胞间连丝,但卵与腹沟细胞间的胞间连丝很快退化,幼卵细胞内具大量透明的囊泡,均匀分布于细胞质中;卵发育中期,突出特征是卵细胞质内产生嗜锇性的脂滴,位于囊泡中,与此同时,腹沟细胞退化,其细胞质内产生大型囊泡,囊泡内分泌物与卵细胞外的物质类似,呈PAS反应阳性,表明该物质应为多糖类;卵成熟时,腹沟细胞和颈沟细胞完全退化,卵细胞外包被大量粘性多糖类物质,卵细胞核表面不规则,产生明显的核外突,众多的小泡围绕着细胞核,脂滴聚集成簇,卵细胞内其他细胞器不易区分。卵发育过程中,质体不含淀粉粒,线粒体退化,高尔基体相对发达。地钱卵发育的这些特征显著区分于蕨类植物。Abstract: Ultrastructural and cytochemical methods were used to study egg development of the liverwort Marchantia polymorpha L.Egg development of M.polymorpha was divided into young egg,middle egg,and mature egg stages.Well-developed plasmodesmata existed between the egg,the ventral canal and the neck canal cells in the young egg stage.However,the plasmodesmata between the egg and the ventral canal cells degenerated soon after the egg was formed.At this stage,the egg cell contained numerous transparent vesicles distributed evenly in the cytoplasm.In the middle egg stage,lipid bodies were found in the vesicles of the cytoplasm.The ventral canal cell degenerated obviously.Mucilaginous materials accumulated in the vesicles and resembled that in the chamber around the egg.The mucilaginous materials showed a PAS positive reaction and were most likely polysaccharide.In the mature stage of the egg,the ventral canal cell and the neck canal cell degenerated completely.A layer of mucilaginous polysaccharide encompassed the matured egg.The nucleus showed an irregular profile and apparent nuclear evaginations were produced.The nucleus appeared to show blebbing,because a numerous small vesicles occurred close the nucleus.The lipid bodies formed clusters around the nucleus,while other organelles were indistinguishable.During egg development,the plastids possessed no starch granules;the mitochondria degenerated,while and the Golgi bodies became more abundant.The features of the egg development of M.polymorpha were different from those in pteridophytes.
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Keywords:
- Liverwort /
- Marchantia polymorpha /
- Oogenesis /
- Cytochemistry
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植物功能性状是植物长期对外界环境适应的结果，其差异主要体现在器官（叶片、茎、根和生殖结构）间营养元素分配及形态结构上[1]。叶片作为植物与外界环境接触面积最大的功能构造及对环境变化最为敏感的器官，能反映植物适应环境变化的生存权衡策略[2]。枝作为植物运输水分、营养物质的重要通道和支撑树冠的主要结构，其性状直接影响植株的机械稳定性、空间拓展、防御、固碳和竞争能力[3]。植物功能性状与环境因素的关系是植物功能性状研究的热点，枝叶大小关系和枝叶生物量分配格局是植物与环境相互作用的一个重要维度[4]。
随着植物群落演替的变更，群落周边环境、组成及结构发生的相应变化，土壤因子引起的周围环境（水分、养分等）的重新分配，这些都将对植物的功能性状产生重要影响。目前，关于植物功能性状的研究主要是探讨其在某一特定时间的变化[5]，且多集中于叶片功能性状，而对不同演替阶段的动态变化缺乏研究。如王飞等[1]研究发现，随着白刺（Nitraria tangutorum Bobr.）灌丛沙堆的演替，白刺叶片性状发生了从较长、薄、比叶面积与干物质含量升高的开拓性策略转变为叶片变短、较厚、比叶面积与干物质含量降低的保守型策略的变化。综合分析叶功能性状、茎功能性状及其与环境之间的关系更能揭示植物对环境的适应策略。
毛竹（Phyllostachys edulis (Carrière) J. Houz.）是我国最为重要的经济竹种，广泛分布于浙江、福建、江西、湖南等省份，面积达421.64 × 104 hm2，具有生长快、产量高、用途广、可持续性强等特点[6, 7]。2021年，浙江省毛竹林面积达87.79 × 104 hm2，总株数30.59亿[8]。毛竹林群落结构及其稳定性受人为活动的强烈支配和制约，表现为不同干扰程度的毛竹林乔木层结构和林下植物多样性有显著差异。研究表明，林下植被和上层植物除对有限资源（养分、水）的竞争以外[9]，由于林下植被对地下生态过程的影响，以及对上层乔木生产力、光合、呼吸、蒸腾等的影响，植物功能性状也会发生相应变化[10]。
近年来，由于我国竹产业面临着成本、市场、生态和劳动力等压力，竹材、竹笋价格下降，毛竹林经济效益明显下滑，严重影响竹农经营毛竹林的积极性，一些交通不便的边远山区毛竹林疏于管理乃至荒废的现象十分严重，对我国竹产业可持续发展和区域生态环境保护带来了严重的负面影响。疏于管理乃至荒废后毛竹林的林下植被的发育对立竹影响如何，至今鲜有报道。鉴于此，本文分别以毛竹纯林和疏于管理致成的林下植被演替9、21年的毛竹林为实验对象，研究林下植被演替对立竹枝叶形态质量、抽枝展叶效率及生物量异速生长关系的影响，以期揭示在林下植被演替过程中，随着毛竹生长环境和竞争关系的不断变化，毛竹枝叶生长的变化规律及其适应性生长机制，为疏于管理乃至荒废毛竹林的林下植被正向演替的促进或可持续经营能力的恢复提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 研究地点
研究地点位于浙江省常山县芳村镇棋盘山（29°07′N，118°40′E），海拔450~550 m，属亚热带季风气候，四季分明，雨量充沛。年平均气温17.7 ℃，年平均日照总时数1731.2 h，年平均相对湿度76%，年平均降水量1760 mm，年平均无霜期279 d。实验区位于该县主要饮用水源地芙蓉水库上游，属中低山地貌，土壤类型为沙质红壤。现存植被由次生常绿阔叶林、针（竹）阔混交林、毛竹林等类型组成，森林覆盖率75%以上。该地区毛竹林资源较为丰富，面积达60 hm2以上。早前均采取笋材两用毛竹纯林经营方式，后因当地芙蓉水库的饮用水源区生态移民，毛竹林逐渐疏于管理，林下植被逐渐恢复，形成了不同林下植被演替年限的毛竹林，仅有小面积毛竹纯林由留守农户继续粗放式经营。
1.2 实验方法
2021年5月下旬，在实验地选择林下植被演替前立地条件和经营类型及经营水平一致，但实施两种经营方式的毛竹林，一种是仅采用6~8年集中采伐一次竹材，伐除4度以上和部分4度竹及弱小竹、倒伏竹、病虫竹等，不进行劈山除杂，也不进行施肥和林地垦复，林下植被发育较好，形成林下植被演替年限分别为9、21年的混交毛竹林；另一种为对照，毛竹林（演替年限为0年）实施笋材两用纯林经营，主要采取季节性劈山除杂和留笋养竹、伐竹等抚育措施，不施肥和林地垦复。每类实验林各0.5 hm2 左右，基本情况见表1。其中，林下植被演替9年毛竹林的乔木树种包括壳斗科、山茶科、蔷薇科、樟科等9科12属13种，优势树种主要有东南石栎（Lithocarpus harlandii (Hance ex Walp.) Rehder）、木荷（Schima superba Gardner & Champ.）、苦槠（Castanopsis sclerophylla (Lindl.) Schottky）、短柄枹（Quercus glandulifera var. brevipetiolata Nakai）、老鼠矢（Symplocos stellaris Brand）、杉木（Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook.）等。灌木包括山茶科、金缕梅科、豆科、杜鹃花科等8科10属11种，主要有柃木（Eurya japonica Thunberg）、檵木（Loropetalum chinense (R. Br.) Oliv.）、美丽胡枝子（Lespedeza Formosa (Vog.) Koehne）、马银花（Rhododendron ovatum (Lindl.) Planch. ex Maxim.）等。演替21年毛竹林的乔木树种主要有山茶科、壳斗科、冬青科等7科11属15种，优势树种为木荷、东南石栎、苦槠、石栎（Lithocarpus glaber (Thunb.) Nakai）、杉木、青冈（Quercus glauca Thunb.）等。灌木主要有山茶科、杜鹃花科等9科12属15种，包括柃木、马银花、江南越桔（Vaccinium mandarinorum Diels）等。林下植被演替21年毛竹林较演替9年毛竹林乔木密度增加3.4倍，优势度增加8.0倍，灌木密度降低50.00%，优势度降低58.30%。
表 1 实验毛竹林基本情况Table 1. Basic information on experimental Phyllostachys edulis stands演替年限
Succession
period / a海拔
Altitude / m坡向
Slope
aspect坡位
Slope
position毛竹
P. edulis乔灌木
Arbor and shrubs郁闭度
Canopy
density立竹密度
Bamboo
density /
ind/hm2立竹胸径
Bamboo diameter
at breast height / cm密度
Density /
ind/hm2树高
Tree height / m地径
Basal
diameter / cm0 500 ± 10 36 ± 2.50 西 2 625 ± 25 9.40 ± 0.60 － － － 0.60 9 520 ± 10 36 ± 2.50 西 3 150 ± 30 9.20 ± 0.40 8 000 ± 55 0.76 ± 0.08 0.76 ± 0.07 0.70 21 490 ± 10 36 ± 2.50 西 2 275 ± 20 8.90 ± 0.40 27 511 ± 147 2.42 ± 0.20 1.69 ± 0.11 0.85 在每种林下植被演替年限的毛竹林中分别随机选择1度、2度标准样竹（立竹，平均胸径无明显差异）各10株，在其上、中和下部分别采集一轮枝盘，分离主枝、侧枝和叶，用卷尺测量枝长度（TSL），游标卡尺测量枝基径（TSD），天平称量枝鲜重（DFM）、叶鲜重（LFM），并取枝、叶样品称量后带回实验室，80 ℃烘干至恒重，计算含水率，获得枝干重（TSM）、叶干重（LDM）。在每种林下植被演替年限的毛竹林每度样竹的主枝、侧枝上分别随机采集90片无病虫害的成熟叶片，放入自封袋内带回实验室，将叶片放入水中沉泡24 h，取出后迅速用吸水纸吸去叶片表面水分，在分析天平上称饱和鲜重（LFM），利用叶片分析系统WINRhizo 2009a扫描记录单叶面积（LA）、叶周长（LP）、叶长（LL）、叶宽（LW）等，后放入75 ℃烘箱内烘至恒重，称单叶干重（LM）。
枝条叶片数量（LN）由叶总干重和单叶干重计算获得（LN = LDM / LM），总叶面积（ILA）由叶片数量和单叶面积计算获得（ILA = LN × LA），比叶质量（LMA）由单叶干重和单叶面积比值表示（LMA = LM / LA），叶干物质含量（LDMC）由单叶干重与饱和鲜重比值表示（LDMC = LM / LFM），枝干物质含量（TDMC）由枝干重与枝鲜重比值表示（TDMC = TSM / DFM），枝纤细率（SSR）由枝长度与枝基径比值表示（SSR = TSL / TSD）。出叶强度、叶面积比、叶密度、叶枝质量比表征展叶效率，出叶强度（LI）由枝叶片数量和枝干重比值表示（LI = LN / TSM），叶面积比（LAR）由总叶面积与枝干重比值表示（LAR = LA / TSM），叶密度（DLN）由总叶片数量与枝长度比值表示（DLN = LN / TSL），叶枝质量比（LSR）由叶干重与枝干重比值表示（LSR = LDM / TSM），表征枝运输能力的胡波尔值（HV）由枝横截面积与总叶面积比值计算获得。
1.3 数据处理与统计分析
采用最小显著差异法（LSD）检验3种毛竹林不同年龄立竹主枝和侧枝的枝、叶性状差异性。对所有枝、叶性状的值进行算数平均，并进行以10为底的对数转换以降低误差，使之符合正态分布。枝叶性状关系采用异速生长方程Y = bMa进行拟合，将等式两边同时取对数，使其转化为lgY = lgb + algM。式中Y、M分别为因变量和自变量；b为异速常数，即线性关系的截距；a为异速指数，当a = 1时，代表因变量和自变量呈等速生长关系，a ＞ 1或a ＜ 1时，两者表现为异速生长关系。异速指数和异速常数采用标准化主轴估计（Standardized major axis estimation，SMA）获得。同时，计算性状回归斜率的置信区间，然后对斜率进行异质性检验，且在斜率同质时计算共同斜率[11-13]。用R 3.6.3和Excel 2010软件绘制图表。实验数据均为平均值 ± 标准误。
2. 结果与分析
2.1 毛竹林立竹叶片形态质量性状
随林下植被演替的进行，1度竹主枝叶片叶长、叶宽、叶周长、单叶面积均呈下降趋势，演替9、21年的毛竹林均显著低于毛竹纯林，而叶干重显著大于毛竹纯林，比叶面积呈“V”型变化趋势。1度竹侧枝比叶面积也呈“V”型变化趋势。2度竹主枝叶片叶长、叶宽、叶周长、单叶面积、叶干重随林下植被的演替也均呈“V”型变化趋势，演替9年的毛竹林显著低于演替21 年的毛竹林和毛竹纯林，后二者间无显著差异。2度竹侧枝叶片的叶长、叶干重的变化趋势也为“V”型，演替9年的毛竹林显著低于演替21年的毛竹林和毛竹纯林，后二者间无显著差异，其他指标均无显著差异（表2）。
表 2 毛竹林立竹叶片形态质量性状Table 2. Leaf morphological characteristics of experimental Phyllostachys edulis stands演替年限
Succession
period / a立竹年龄
Bamboo
age枝类
Branch
class叶长
Leaf
length / cm叶宽
Leaf
width / cm叶周长
Leaf
circumference / cm叶干重
Leaf dry
weight / g单叶面积
Leaf
area / cm2比叶面积
Specific leaf
area / cm2/g叶干物质含量
Leaf dry
matter content /
g/g21 1 主枝 9.63 ± 0.28B 1.44 ± 0.03B 22.02 ± 0.30B 33.94 ± 1.79A 10.31 ± 0.30B 195.53 ± 2.61A 0.12 ± 0.00A 9 9.88 ± 0.45B 1.45 ± 0.03B 22.27 ± 0.91B 34.23 ± 1.08A 10.60 ± 0.67B 174.21 ± 1.73B 0.14 ± 0.01A 0 10.67 ± 0.31A 1.52 ± 0.03A 24.18 ± 0.48A 30.51 ± 0.07B 11.97 ± 0.34A 200.31 ± 5.13A 0.13 ± 0.01A 21 侧枝 9.94 ± 0.21A 1.46 ± 0.03A 22.65 ± 0.45A 16.93 ± 0.68A 10.81 ± 0.24A 200.03 ± 11.11A 0.12 ± 0.00A 9 10.03 ± 0.26A 1.47 ± 0.03A 22.54 ± 0.69A 18.55 ± 0.16A 10.78 ± 0.39A 169.83 ± 5.15B 0.13 ± 0.01A 0 10.20 ± 0.20A 1.47 ± 0.04A 23.18 ± 0.39A 19.52 ± 2.66A 11.20 ± 0.40A 206.76 ± 8.14A 0.12 ± 0.01A 21 2 主枝 10.66 ± 0.08A 1.54 ± 0.03A 24.26 ± 0.15A 24.37 ± 1.94A 12.34 ± 0.09A 190.20 ± 0.13A 0.15 ± 0.01A 9 9.96 ± 0.12B 1.43 ± 0.04B 22.31 ± 0.02B 19.09 ± 0.74B 10.66 ± 0.23B 182.36 ± 1.95A 0.13 ± 0.01B 0 10.79 ± 0.17A 1.56 ± 0.06A 24.24 ± 0.38 A 27.18 ± 2.00A 12.15 ± 0.19A 191.78 ± 16.56A 0.13 ± 0.00A 21 侧枝 10.56 ± 0.13A 1.49 ± 0.02A 23.41 ± 0.51AB 16.18 ± 1.40B 11.71 ± 0.19A 188.60 ± 0.13A 0.14 ± 0.00A 9 10.02 ± 0.27B 1.47 ± 0.00A 22.58 ± 0.56B 11.02 ± 0.51C 10.98 ± 0.41A 184.19 ± 4.80A 0.15 ± 0.03A 0 10.71 ± 0.20A 1.48 ± 0.02A 24.20 ± 0.53A 19.08 ± 0.89A 11.67 ± 0.48A 190.47 ± 4.64A 0.14 ± 0.00A 注：不同大写字母表示不同林下植被演替年限毛竹林同一年龄立竹主枝或侧枝叶片间差异显著。下同。 Note: Different capital letters indicate different vegetation succession years, with significant differences between the leaves of main and side branches of P. edulis stands of the same age. Same below. 2.2 毛竹林立竹枝形态质量性状
演替9、21年毛竹林的 1度竹主枝和侧枝的枝长、纤细率显著高于毛竹纯林，主枝和侧枝的枝基径、主枝的枝干物质含量和侧枝的枝干重在3种实验林间无显著差异，演替9年毛竹林侧枝的枝干物质含量显著高于演替21年和毛竹纯林，演替21年毛竹林主枝的枝干重显著高于演替9年和毛竹纯林；演替21年毛竹林2度竹主枝和侧枝的枝长、主枝的枝基径和枝干重显著高于演替9年和毛竹纯林，演替9、21年毛竹林主枝和侧枝的纤细率显著高于毛竹纯林，主枝和侧枝的枝干物质含量在3种毛竹林间无显著差异（表3）。
表 3 毛竹林立竹枝形态质量性状Table 3. Branch morphological characteristics of experimental Phyllostachys edulis stands演替年限
Succession
period / a立竹年龄
Bamboo
age枝类
Branch
class枝长
Branch
length / cm枝基径
Branch base
diameter / mm枝干重
Branch
weight / g枝纤细率
Branch fineness
rate / cm/mm枝干物质含量
Branch dry matter
content / g/g21 1 主枝 159.78 ± 10.10A 9.09 ± 0.05A 75.00 ± 1.96A 176.12 ± 6.24A 0.64 ± 0.02A 9 157.22 ± 2.98A 9.18 ± 0.18A 60.20 ± 3.35B 176.05 ± 11.18A 0.64 ± 0.01A 0 143.25 ± 3.47B 8.82 ± 0.27A 55.31 ± 2.25B 163.74 ± 1.19B 0.62 ± 0.02A 21 侧枝 132.67 ± 5.39A 7.12 ± 0.23A 36.82 ± 4.36A 187.16 ± 2.95A 0.64 ± 0.02B 9 128.94 ± 1.59A 6.94 ± 0.07A 36.56 ± 0.52A 189.03 ± 10.30A 0.69 ± 0.05A 0 123.48 ± 6.46B 7.16 ± 0.47A 37.70 ± 3.81A 178.30 ± 6.70B 0.63 ± 0.01B 21 2 主枝 155.42 ± 6.61A 8.23 ± 0.14A 57.75 ± 8.71A 189.53 ± 7.49A 0.61 ± 0.02A 9 137.39 ± 1.42B 7.70 ± 0.14B 43.20 ± 3.95B 180.42 ± 0.70A 0.66 ± 0.01A 0 139.22 ± 1.13B 7.75 ± 0.07B 46.49 ± 3.31B 178.86 ± 5.05B 0.64 ± 0.01A 21 侧枝 137.50 ± 6.50A 6.74 ± 0.19A 32.52 ± 3.55A 203.41 ± 1.92A 0.64 ± 0.01A 9 124.11 ± 2.96B 6.03 ± 0.07B 23.63 ± 0.55B 204.49 ± 4.77A 0.66 ± 0.01A 0 121.31 ± 10.73B 6.59 ± 0.58A 29.60 ± 3.56A 183.98 ± 4.02B 0.64 ± 0.03A 2.3 毛竹林立竹抽枝展叶效率
在林下植被演替过程中，毛竹林立竹抽枝展叶效率变化情况复杂。随演替的进行，1度竹主侧枝出叶强度、叶面积比、叶密度呈“V”型变化，叶枝质量比呈降低趋势。其中，演替21年毛竹林主枝出叶强度、叶密度显著高于演替9年毛竹林，主枝胡波尔值则相反，侧枝出叶强度、叶面积比在3种实验林间差异显著，演替9、21年毛竹林主枝叶面积比、侧枝叶枝质量比显著小于毛竹纯林，侧枝叶密度在3种实验林间无显著差异，演替21年毛竹林主枝叶枝质量比显著小于毛竹纯林。演替9、21年毛竹林2度竹主侧枝出叶强度、叶面积比、叶密度、叶枝质量比显著小于毛竹纯林，胡波尔值则相反，抽枝展叶效率各指标在演替9、21年毛竹林间均无显著差异（表4）。
表 4 毛竹林抽枝展叶效率Table 4. Branch and leaf characters of experimental Phyllostachys edulis stands演替年限
Succession
period / a立竹年龄
Bamboo
age枝类
Branch
class出叶强度
Intensity of
leaf / ind/g叶面积比
Leaf area
ratio / mm2/g叶密度
Leaf density /
ind/mm叶枝质量比
Leaf /stem mass
ratio / g/g胡波尔值
Huber value /
mm2/mm21 1 主枝 6.35 ± 0.24A 100.12 ± 5.72B 4.34 ± 0.54A 0.53 ± 0.03B 0.00008 ± 0B 9 5.65 ± 0.56B 93.27 ± 14.77B 3.59 ± 0.76B 0.55 ± 0.08AB 0.00012 ± 0A 0 6.12 ± 0.43AB 117.82 ± 29.07A 3.87 ± 0.70AB 0.61 ± 0.07A 0.00009 ± 0AB 21 侧枝 6.04 ± 0.44B 99.34 ± 10.89B 2.58 ± 0.34A 0.52 ± 0.06B 0.00011 ± 0B 9 5.17 ± 0.28C 84.42 ± 6.93C 2.24 ± 0.30A 0.51 ± 0.04B 0.00012 ± 0A 0 6.68 ± 0.84A 121.27 ± 23.79A 2.73 ± 1.07A 0.61 ± 0.12A 0.00011 ± 0A 21 2 主枝 4.66 ± 0.34C 83.18 ± 8.66B 2.25 ± 0.32B 0.44 ± 0.05B 0.00012 ± 0A 9 5.30 ± 0.44B 84.18 ± 10.19B 2.54 ± 0.53B 0.49 ± 0.06B 0.00013 ± 0A 0 6.16 ± 0.47A 123.26 ± 15.38A 3.49 ± 0.76A 0.64 ± 0.08A 0.00009 ± 0B 21 侧枝 4.97 ± 0.30B 85.52 ± 7.59B 1.68 ± 0.49B 0.47 ± 0.04B 0.00013 ± 0A 9 4.94 ± 0.58B 82.79 ± 14.92 B 1.51 ± 0.27B 0.52 ± 0.09B 0.00014 ± 0A 0 6.72 ± 0.45A 136.35 ± 15.92A 2.67 ± 0.90A 0.73 ± 0.09A 0.00009 ± 0B 2.4 毛竹林立竹枝叶生物量异速生长关系
3种毛竹林1度和2度竹主侧枝的叶干重和枝干重均呈正相关（P < 0.05，图1），异速生长指数随林下植被演替的进行呈先升高后降低的趋势。其中，毛竹林1度竹主枝叶干重和枝干重间无显著差异（P = 0.67），均接近1.0，其共同斜率为1.14。演替9年毛竹林1度竹侧枝、2度竹主侧枝的叶干重和枝干重异速生长指数均显著大于1.0，呈异速生长模式，而演替21年、毛竹纯林1度竹侧枝、2度竹主侧枝的叶干重和枝干重异速生长指数接近1.0（P > 0.05），呈等速生长模式，且演替21年毛竹林、毛竹纯林间无显著差异（P = 0.22、P = 0.13、P = 0.76），其共同斜率分别为1.02、0.99、1.13（表5）。
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图 1 毛竹林叶干重与枝干重异速生长关系A：1度竹主枝；B：1度竹侧枝；C：2度竹主枝；D：2度竹侧枝。Figure 1. Relationship between total leaf mass and stem mass of experimental Phyllostachys edulis standsA: Main branches of 1st-degree bamboo; B: Lateral branches of 1st-degree bamboo; C: Main branches of 2nd-degree bamboo; D: Lateral branches of 2nd-degree bamboo.表 5 毛竹林枝-叶质量的SMA分析Table 5. SMA analysis of branch leaf size of experimental Phyllostachys edulis stands指标
Indicators演替年限
Succession
period / a立竹年龄
Bamboo
age枝类
Branch
class数量
Number斜率
Slope95%置信区间
95% CI截距
InterceptR2 P 叶干重-
枝干重21 1 主枝 30 1.02(1.14) 0.71，1.45 −0.32 0.25 < 0.010 9 30 1.26(1.14) 0.92，1.72 −0.74 0.48 < 0.001 0 30 1.15(1.14) 0.87，1.51 −0.51 0.42 < 0.001 21 侧枝 30 1.14(1.02) 0.85，1.51 −0.55 0.51 < 0.001 9 30 1.66 1.18，2.32 −1.34 0.23 < 0.050 0 30 0.94(1.02) 0.74，1.20 −0.19 0.61 < 0.001 21 2 主枝 30 1.28(0.99) 0.91，1.81 −0.87 0.36 < 0.050 9 30 1.62 1.23，2.15 −1.39 0.46 < 0.001 0 30 0.97(0.99) 0.86，1.09 −0.19 0.89 < 0.001 21 侧枝 30 1.16(1.13) 0.86，1.58 −0.58 0.42 < 0.001 9 30 1.83 1.43，2.35 −1.53 0.70 < 0.001 0 30 1.09(1.13) 0.82，1.45 −0.31 0.47 < 0.001 3. 讨论
3.1 林下植被演替对毛竹枝叶形态质量的影响
随林下植被演替的进行，毛竹林立竹叶片变小，2度竹时恢复到毛竹纯林叶片性状水平。1度立竹叶总干重显著增加，2度立竹主侧枝的叶干重、比叶面积和1度立竹比叶面积呈先降低后增加的趋势，可见存在较为明显的演替年限效应和立竹年龄效应。即林下植被的演替对立竹叶面积、叶生物量及资源获取能力产生了影响。这与林下层植被数年后生境复杂、养分、水分和光照等条件存在较大的竞争密切相关。一定程度上也说明毛竹可对不同生境做出相应的适应性判断，符合小叶片、低比叶面积的植物有效防止水分流失、资源消耗，并提高资源利用效率的策略[14-18]。同时，1度立竹主侧枝的枝长、枝纤细率均显著增加，演替21年后2度立竹的枝长、枝纤细率、枝基径显著增加，有助于其提高空间拓展能力，降低同一枝条上叶片之间的相互荫蔽程度，同时合理调整冠层内叶片的排布方式，将叶伸展到适宜的空间形成合理的光拦截体系，增强光捕获能力，提高光合效率[19-21]。但随着演替的进行，叶片大小和比叶面积趋于恢复，其原因可能是林内乔木逐渐占据林冠上层，且郁闭度不断增加，乔木与立竹间的光资源竞争加剧，毛竹通过增加叶片、比叶面积快速充分捕获光资源[15]；此外，林下植被演替21年后，林地枯枝落叶层增厚，土壤养分、有机质含量提高，酸性渐减，土壤理化性质得到较大改善[22]，因此演替21年的毛竹林叶长、叶宽、叶面积等与毛竹纯林相似。可见，由于常年再生和更新，毛竹叶片对环境变化较枝条更敏感，且可塑性更大[23, 24]，充分体现出植物枝叶形态质量采取不同的资源利用策略，以适应外界的改变。
3.2 林下植被演替对毛竹抽枝展叶效率的影响
抽枝展叶反映了植物生长过程中的碳收支策略[25]，不仅受自身遗传因素的影响，还受水分、光照、温度等多种生态因子的制约[26]。本研究发现，随林下植被演替的进行，立竹抽枝展叶效率显著降低，其中1度竹的变化复杂且存在恢复趋势，2度竹相对稳定，存在较为明显的演替年限效应和立竹年龄效应。随林下植被演替的进行，枝条的生长速度快于叶片的生长速度，枝长生长快于枝茎（纤细率显著增加），以实现快速拓展空间，减少叶片遮挡，增强截获光能的效率，同时可以在水分竞争激烈的环境中降低叶片蒸腾，并提高水分传导效率[27]。2度竹较1度竹的变化显著，分析其原因，毛竹是大型克隆植物，通过克隆整合，2度竹将养分、水分及各种次生代谢物质经由相连的地下鞭转移至1度竹用于生存、生长[28]，由于生境中资源的限制，2度竹采取降低展叶效率的低投入、稳收益的保守型生存策略。这说明植物抽枝展叶效率除了随植物所处生境的变化而改变的同时，也受植物个体发育阶段和物种遗传特性的影响[29]。
3.3 林下植被演替对毛竹枝叶生物量资源投资的影响
生物量分配格局是决定植物获取资源、反映植物竞争能力的重要指标[30]，对有机体的适合度有重要影响，是克隆植物适应异质生境的优势策略[31]，通过平衡构件生物量分配比例来调节构件对资源的竞争作用，以保证自身能够最大化地利用受限资源。本研究结果表明，演替9年毛竹林立竹叶生物量-枝生物量异速生长指数显著大于演替21年毛竹林和毛竹纯林，且演替9年毛竹林的叶生物量-枝生物量呈异速生长关系，演替21年的毛竹林和毛竹纯林具有等速生长关系，拥有共同斜率，说明随枝支撑投入的增长，演替9年的毛竹林叶片同化投入的增长高于毛竹纯林和演替21年的毛竹林，这与朱强根等[32]报道不同营林模式对毛竹枝叶生物量分配的异速生长关系具有强烈影响的研究结果一致。同时也说明林下植被演替一定年限促进了毛竹叶片的生物量积累，改变了生物量分配格局，促使更多的生物量向光合器官分配，以产生更多的光合同化产物，有利于出笋成竹，提高种群的稳定性和拓展能力[33]。演替21年毛竹林叶片同化投入的增长和枝支撑投入恢复等速增长，可能与随林下植被演替的进行，大量壳斗科、山茶科等乔灌木树种入侵并发育充分，地下部分对水分和养分的争夺严重影响立竹的生长发育，导致叶片同化投入和枝条支撑投入的收益递增型转变为保守的收益均衡型等有关。反映了毛竹叶、枝生物量的分配投资因生境的差异而变化[34]，且对资源利用具有灵活的分配模式和明显的演替年限效应。
4. 结论
随林下植被演替的进行，1度立竹枝长、枝纤细率显著增加，2度立竹枝干重、枝基径显著减小后趋于恢复，演替21年毛竹林的枝干重显著增加。1度竹叶面积显著降低，2度竹显著减小后趋于恢复。1度、2度立竹抽枝展叶效率均显著降低。叶生物量-枝生物量由等速生长关系转变为异速生长关系，而后趋于恢复。研究结果表明林下植被演替会对毛竹枝叶形态、抽枝展叶效率和枝叶生物量投资产生重要影响，并存在明显的演替年限和立竹年龄效应，随演替年限的增加，叶片同化投入和枝条支撑投入由收益递增型转变为保守的收益均衡型。林下植被演替是一个复杂的过程，需结合立竹其他构件的生长状况及生产力发挥等开展进一步研究，为促进林下植被的正向演替或恢复毛竹林可持续经营能力及生态功能的评价提供科学依据。
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