植物功能性状及性状间权衡关系对揭示植物生长策略、资源分配模式以及探讨其生理生态过程的内在机制具有重要意义,但针对雌雄异株植物功能性状对其生境响应的性别差异却鲜有报道.以雌雄异株植物黄柳当年生末端小枝为研究对象,从枝水平、叶水平比较雌雄植株功能性状及性状间权衡关系对风蚀环境响应的性别差异.结果显示:小枝水平上,对照环境下雌雄植株茎干重-总叶干重之间的权衡均倾向于总叶干重,风蚀环境下则倾向于茎干重,且雌株权衡值分别为雄株的4.3倍和3.7倍;雌雄植株茎干重-总叶面积的权衡在各生境下均偏向于茎干重,两性的权衡值差异不大.叶水平上,相同叶片干重下,风蚀对雄株叶片面积生长的抑制作用更显著;雌株叶片干重与叶柄干重呈等速生长关系,而雄株呈小于理论值1的异速生长关系,且在风蚀环境中,相同叶柄干重下,雌株叶片干重的累积速率比雄株快.研究表明,黄柳雌雄植株小枝各功能性状间的关系对风蚀环境具有不同的响应,雌株比雄株更倾向于将资源投资在光合器官生长中,且风蚀对雄株光合器官生长的抑制作用更显著.

雌雄异株植物由于繁殖成本不同,其不同性别植株对资源的需求也不同,这种性别差异通常会使其在生活史过程中出现性二态现象.该研究试图通过研究雌雄异株植物性二态在不同繁殖成本和不同生长阶段的表现规律和特征,深入了解植物对环境资源需求具有性别差异性的现象.以吉林蛟河天然针阔混交林样地内雌雄异株植物髭脉槭(Acer barbinerve)为研究对象,以叶片的元素化学计量特征作为衡量髭脉槭不同性别植株叶片元素的性二态量化指标,探究不同生长阶段和不同繁殖成本变化下雌雄异株植物髭脉槭的性二态现象.在研究样地内选取髭脉槭雌雄个体各60株,将其分为3组,Ⅰ组的所有植株不进行任何处理,Ⅱ组的所有植株在花蕾初期去除整株的所有花蕾,Ⅲ组的所有植株在开花末期去除整株的所有花朵.在开花期和结果期分别采集不同处理组中髭脉槭的叶片作为样本,运用双因素方差分析检验不同繁殖成本下雌雄髭脉槭植株叶片元素计量特征的差异显著性.主要结果:性别对开花期叶片的碳(C)、磷(P)、钾(K)、镁(Mg)、硫(S)含量和结果期叶片的C、氮(N)、P、K、钙(Ca)、Mg、S含量以及叶片C∶N、C∶P、N∶P均有显著影响.开花期,Ⅱ、Ⅲ组的雄株叶片C含量及C∶N、C∶P、N∶P显著高于雌株,雌株叶片P、K、Mg、S含量显著高于雄株;结果期,Ⅰ组中雌株叶片C含量及C∶N、C∶P、N∶P显著高于雄株,雄株叶片N、P、K、Ca、Mg、S含量显著高于雌株.研究结果表明髭脉槭雌雄植株叶片元素化学计量具有性二态现象.繁殖成本和生长阶段的变化均会影响雌雄异株植物性二态现象的发生过程.

为探究猕猴桃雌雄异株变异为雌雄同株的分子机制,本研究对满天红猕猴桃雌雄同株变异株的雌花与雄花进行了转录组测序、生物信息学分析及qRT-PCR验证.转录组差异表达基因鉴定结果表明,雌花和雄花间共有337个差异表达基因,雄花中有241个基因表达量上调,有96个基因表达量下调.差异表达基因的GO与KEGG富集结果表明,与雌花相比,雄花中上调的基因主要参与氨基糖和核苷酸糖的代谢以及次生代谢物合成等路径;下调的基因则主要富集在次生代谢物合成、类胡萝卜素合成等途径.通过功能注释分析出30个潜在的性别相关调控基因,其中5个在次生代谢产物合成路径中表达.选取7个差异表达基因进行qRT-PCR验证,其在雌花、雄花中的表达水平与转录组数据一致.本研究结果为猕猴桃雌雄同株材料的创制提供了一定的理论依据.

隐性雌雄异株指植株表型为非雌雄异株,但形态上两性花通常雄性不育或雌性不育,植株个体实际仅行使雌性或雄性功能.两性花植株向雌雄异株的转变在被子植物中广泛存在,隐性雌雄异株作为潜在的中间阶段对于理解植物性系统的演化具有重要意义.据APG Ⅳ分类系统,这些物种在被子植物的22目36科65属约221种植物中有过报道,分别约占被子植物总目数的34.4％、总科数的8.7％、总属数的0.5％和总种数的0.1％;多为分布于热带或亚热带地区依靠生物传粉的木本植物,且至少存在花蜜或花粉作为访花报酬.该性系统形态学的性表达类型多样:可分为雄花两性花异株(类型Ⅰ)、两性花植株(类型Ⅱ)、雌花两性花异株(类型Ⅲ)及其他类型(类型Ⅳ)4种,分别约占已报道隐性雌雄异株物种数的48.9％、47.5％、2.7％和0.9％.从系统发育看,该性系统在被子植物木兰分支、单子叶植物分支及真双子叶植物分支均有分布,且主要分布于较为进化的核心真双子叶植物类群中.隐性雌雄异株物种不育性器官的进化意义存在多种假说,包括祖先假说、遗传约束假说、促进风媒花粉落置假说、传粉者吸引假说、拟态与欺骗假说等,但相关实证研究较少.本文对隐性雌雄异株物种不同类群的性表达形式、不育性器官败育类型进行了归纳,并对具该性系统的类群在被子植物中的分布与系统演化进行了分析与总结,同时对有关隐性雌雄异株物种不育性器官进化意义的5个假说进行了介绍与评价,最后对今后的相关研究方向进行了展望.以期为深入研究被子植物隐性雌雄异株性系统的进化式样与机制研究提供理论资料.

雌雄异株是有花植物雌雄性别功能在个体水平上由结合到分离的重要进化转变之一,发生于被子植物的多个科属.雌雄异株物种的雌雄个体通常在分布、形态等方面存在差异.研究其雌雄个体的空间分布及性别二态性,是理解雌雄异株物种繁殖策略及其适应与进化的重要前提.天南星属(Arisaema)是天南星科内已报道唯一存在雌雄异株且较为进化的类群,一把伞南星(.erubescens)是该属中不同性别个体存在差异的多年生草本植物.本文以湖南省八大公山国家级自然保护区内分布的一把伞南星为研究对象,通过研究其雌雄个体的空间分布、花期物候、形态结构及访花者类群,以期明确该物种雌雄植株的空间关联性以及花期物候、形态结构的性别二态性.结果表明:一把伞南星群体内性比均呈极显著雄性偏倚,雌雄个体在小尺度范围呈聚集分布,但在较大尺度上呈随机分布;雄性个体比雌性个体更早进入花期,置换多元方差分析显示雌雄植株间形态特征存在显著差异,其中假茎基径、佛焰苞管部直径、花序基径、花序柄直径等特征对性别二态性有重要贡献;主要传粉者为白天活动的菌蚊科菌蚊属(Mycetophila)的蕈蚊,其对雄株的访问频率极显著高于雌株.这些结果表明:雌雄异株物种一把伞南星不同性别植株的空间关联与其传粉者蕈蚊的活动习性相匹配,其开花物候、形态特征及传粉者访问等方面的性别二态性是对繁殖成功的保障.

物种-资源利用网络可以呈现不同物种在资源利用上的竞争、共享以及分化,可为从资源利用角度解释群落的物种多样性提供新的视角.昆虫群落一方面由群落内种间对资源的利用方式决定,也受寄主植物生态特征的影响.通过寄主生态特征解释物种-资源利用网络指标将深入揭示昆虫群落的组织模式和多样性决定机制.本研究采集榕属(Ficus)18种榕树的榕小蜂群落,构建每种榕树上的榕小蜂-榕果资源利用网络,分析网络指标间的关系.我们重点关注了群落物种数(物种多样性)和群落稳健度指标与其他网络指标间的关系,并比较不同寄主特征(传粉模式、生活型、繁育系统)对榕小蜂物种数以及榕小蜂-榕果资源利用网络指标的影响.结果显示,18种榕树上共收集到隶属于5科28属173种榕小蜂.榕小蜂群落物种数与网络的连接度呈负相关,与分化度呈显著的正相关;网络稳健度与物种数无显著相关关系,但与连接度、加权嵌套性、互作Shannon多样性、分布重叠度呈显著正相关关系,而与互作专化度、分化度呈显著负相关.与雌雄异株榕树相比,雌雄同株榕树的榕小蜂资源利用的互作专化度高,种间分布重叠度小,分化度高(资源利用分化高),所以雌雄同株榕树比雌雄异株榕树上榕小蜂物种数多.本研究支持资源利用的特异性和分化促进了榕小蜂物种多样性,支持竞争导致的资源利用分化在促进近缘种多样化过程中发挥重要作用.群落对资源丢失的稳健度与群落的物种数无关,但是与物种的资源共享程度(由连接度、分布重叠度表示)正相关.此外,繁育系统间榕小蜂物种数的差异可能与雌雄异株榕树繁殖功能的分化和专化以及对非传粉榕小蜂产卵的防御能力有关.

雌雄异株植物的性别决定机制是繁殖生物学、进化与生态学等多个学科的前沿热点问题.近年来,一些重要经济作物如芦笋(Asparagus officinalis)、猕猴桃(Actinidia spp.)和杨树(Populus spp.)的性别决定机制已被揭示,并应用于性别特异性产品开发和两性新品种培育.该文先从植物性染色体和性别决定基因两方面系统分析植物性别决定的遗传学基础,并深入讨论非编码RNA和DNA甲基化两类表观遗传调控途径在性别决定分子通路中的作用.在此基础上,提出后续有待开展植物性别决定基因间的比较研究,并深入解析植物性别决定中的表观遗传调控机制,以深化对雌雄异株植物性别决定分子机制的认识并扩展其在农业生产上的应用价值.

水菜花(Ottelia cordata)是珍稀濒危的沉水植物,现仅分布在中国海南岛北部海口至文昌一带的淡水湿地,其造型优美,极具园艺观赏价值.然而,受人类活动影响,水菜花的生境急剧退缩且更加破碎化,濒临灭绝.为探究水菜花的繁殖特征和繁殖规律,该研究分析了水菜花的花部形态、性比、花粉活性、柱头可授性、反射光谱、花粉限制与无融合生殖及其传粉者类型与行为.结果表明:(1)水菜花雌雄异株,雌、雄个体的性比约为1∶2;水菜花雌、雄花形态相似,但雌花略大于雄花.(2)水菜花花粉活性和柱头可授性在花蕾期和开放期均较高.(3)中华蜜蜂(Apis cerana)是水菜花的主要传粉者,传粉效率较高且访问雄花的频率显著高于雌花.(4)水菜花雄蕊、雌蕊间的花色距离显著高于中华蜜蜂辨别的阈值(P＜0.001).(5)在自然授粉和人工授粉下,水菜花坐果率分别为95.29％和98.42％,并且不存在无融合生殖现象.综上所述,水菜花两性模拟的欺骗性传粉并不完美,传粉者可以从视觉上区分雌花和雄花;而由于水菜花雄花数量较多,传粉者低频率的"错访"足以达到水菜花雌花的繁殖需求.因此,在今后开展水菜花迁地保护、人工种群恢复等保育工作时,应重视水菜花种群大小、性别比例和当地传粉者种群数量.

以雌雄异株植物东北鼠李(Rhamnus schneideri var.manshurica)为研究对象,分析不同繁殖阶段雌雄植株叶片元素含量的性别差异和动态变化,可为雌雄异株植物性别特异性资源需求及利用策略提供理论参考.该研究在吉林蛟河天然针阔混交林内建立1块23.76 hm2的永久性固定监测样地,于2019-2021年花期和果期(共5个繁殖阶段)选择样地内一定数量的东北鼠李雌雄植株,测定每株的叶片营养元素(氮、磷、钾、钙、镁、铁、硼)含量,比较东北鼠李雌雄植株在不同繁殖阶段叶片各营养元素含量的差异及动态变化;并计算各个繁殖阶段雌雄植株的花、果生物量,利用方差分析方法检验雌雄植株各个繁殖阶段的花果生物量差异,以分析雌雄植株叶片营养元素出现性别差异及动态变化的背后机制.结果表明:(1)东北鼠李雌雄植株的叶片营养元素含量具有显著的性别差异,但这种性别差异仅在某些繁殖阶段存在.在2019年花期,雌雄植株的各叶片元素含量均无显著差异,2021年花期,雌株叶片的磷含量显著小于雄株.在2019年果期,雌株叶片的磷、钾含量显著小于雄株;而在2020年果期,雌株叶片的氮、磷、钾、钙、镁、铁、硼含量均显著大于雄株;在2021年果期,雌株叶片的磷、钾、镁含量均显著大于雄株.(2)无论2019年还是2021年花期,雄株的花生物量及花数均显著大于雌株.(3)果期雌株果数和果生物量大小排序为:2020年>2021年>2019年.对不同繁殖阶段叶片营养元素含量进行分析,发现东北鼠李雌雄植株的叶片各营养元素含量存在性别差异,然而这种性别差异在不同繁殖阶段表现不同.在花期,雌雄植株叶片元素含量性别差异不明显,表明雄株并不会因为大量开花造成的高繁殖投入增加叶片元素含量储存;而在果期,雌株的叶片营养元素含量受其繁殖活动影响,在结实较为丰厚的年份增加元素储存,雌雄植株叶片营养元素含量的性别差异会更为显著.表明东北鼠李雌雄植株营养元素含量的性别二态性表现程度可能受植物个体所处繁殖阶段的影响和限制,并且雌性个体繁殖资源投入越大,这种性别二态性的表现就会越明显.

雌雄异株植物资源分配模式上往往表现出显著的性别二态性,但在叶片光合及功能性状上是否有差异目前仍未有定论,且与发育阶段的关系尚不明确.阐明上述问题,能够进一步了解雌雄异株植物的生理生态特征,并为理解性别对性二态植物生长发育的影响机制提供理论依据.以雌雄异株绒毛白蜡(Fraxinus velutina Torr.)为研究对象,针对不同发育阶段不同性别植株进行光合特征及叶功能性状测定,采用双因素方差分析了不同发育阶段下雌雄植株光合能力及叶功能性状的性别间差异,采用Pearson检验了雌雄植株各叶功能性状之间的相关性,并采用标准化主轴分析(Standardized major axis regression,SMA)分析不同性别植株净光合速率与叶功能性状的相关性.结果表明性别和发育阶段显著影响植物个体的光合能力和叶功能性状.总体而言,雄树在坐果期和果实成熟期均表现出更强的净光合速率(Pn)、更高的比叶面积(SLA)、叶绿素含量(Chl)和叶氮含量(LNC);而雌树在果实膨大期表现出更强Pn、SLA和Chl.雌雄性别内Pn与SLA、Chl和LNC间均呈显著正相关(P＜0.05),雄树的SLA vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05);Chl vs.Pn的关系在性别间不显著(P＞0.05);雄树的LNC vs.Pn的斜率大于雌树(P＜0.05).SMA结果表明雄树的光能利用效率和光合氮素利用效率高于雌树,雌树将更多的生物量和氮素用于非光合作用过程,但两者的光吸收率并无差异.结果表明绒毛白蜡雌雄个体的生活史策略不同,在不同发育阶段中的光合特征及叶功能性状上存在显著的性别二态性.