基于天然草地12种根茎禾草种群构件年龄结构与衰老过程的趋同适应普遍模式

doi:10.11686/cyxb2024396

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (11): 217-226.DOI: 10.11686/cyxb2024396

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基于天然草地12种根茎禾草种群构件年龄结构与衰老过程的趋同适应普遍模式

韩大勇¹(), 杨允菲¹^,²(), 李海燕², 张维¹

^1.新疆薰衣草资源保护与利用重点实验室，伊犁师范大学生物科学与技术学院，新疆伊宁 835000
^2.植被生态科学教育部重点实验室，东北师范大学草地科学研究所，吉林长春 130024

收稿日期:2024-10-13 修回日期:2025-02-19 出版日期:2025-11-20 发布日期:2025-10-09
通讯作者: 杨允菲
作者简介:E-mail： yangyf@mail.nenu.edu.cn
韩大勇（1978-），男，吉林榆树人，教授，博士。E-mail： 411430667@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(32171682);国家自然科学基金项目(31472134);国家自然科学基金项目(31170504);国家自然科学基金项目(30770397);国家自然科学基金项目(30270260);国家自然科学基金项目(30070137);国家自然科学基金项目(39770536)

Universal models of convergent adaptation based on the age structure and senescence process of population modules of 12 rhizomatous grass species in natural grassland， China

Da-yong HAN¹(), Yun-fei YANG¹^,²(), Hai-yan LI², Wei ZHANG¹

^1.Xinjiang Key Laboratory of Lavender Conservation and Utilization，School of Biological Science and Technology，Yili Normal University，Yining 835000，China
^2.Key Laboratory of Vegetation Ecology，Ministry of Education，Institute of Grassland Science，Northeast Normal University，Changchun 130024，China

Received:2024-10-13 Revised:2025-02-19 Online:2025-11-20 Published:2025-10-09
Contact: Yun-fei YANG

摘要/Abstract

摘要：

根茎禾草是典型的无性系植物，其生活型为地下芽植物，也是北方草原广泛分布的优势植物。将多种根茎禾草研究的零散报道加以集成，从其共同特征中寻找普遍模式，揭示同一生活型植物趋同适应的生物学与生态学机理及进化意义。在近30年相关研究成果中，选用具代表性并且数据丰富的12种根茎禾草，每种均选用放牧场、割草场和围栏封育草地3种利用方式，进行了种群构件年龄结构与衰老过程的比较与理论分析。主要发现包括：1）所有12种根茎禾草构件的寿命均具有限性，分蘖节最多可繁殖4个世代，最长寿命为5年，根茎的最长寿命为4年；2）3种构件（分蘖株、根茎和芽）的数量除了个别放牧场为稳定型年龄结构外，其余均为增长型年龄结构；3）分蘖节大多从2龄级开始迅速衰老，根茎的衰老过程相对缓慢。根茎禾草在趋同适应过程中所形成的以根茎芽补充更新1龄级分蘖株的繁殖方式，具有两个进化意义：对于个体，成功地实现了种子实生苗一旦定居，其基株基因便长寿乃至永生的进化极致；对于种群，不仅维持了构件的增长型年龄结构，也扩展了生长空间，减少了根茎芽形成的分蘖株与亲株分蘖节芽形成的不同龄级分蘖株之间的竞争。这些适应对种群的生存与发展具有重要的进化意义。

关键词: 生活型, 无性系植物, 营养繁殖, 构件, 年龄谱, 分蘖株生产力, 根茎贮藏力

Abstract:

Rhizomatous grasses are typical clonal plants with a geophytic life form， often found as dominant species widely distributed in China’s northern grasslands. This study synthesizes fragmented research findings on various rhizomatous grasses， identifies common patterns from their shared characteristics， and elucidates the biological， ecological， and evolutionary mechanisms underlying the convergent adaptation of plants with the same life form. Based on three decades of related research， 12 representative rhizomatous grass species with robust datasets were selected. For each species， three land-use types： grazed pasture， mown meadow， and fenced grassland， were analyzed to compare and theoretically interpret the age structure and senescence processes of population modules. Key findings include： 1） All 12 species exhibit finite lifespans in their modules. Tiller nodes can reproduce up to four generations， with a maximum lifespan of five years， while rhizomes have a maximum lifespan of four years. 2） The age structures of three module categories （tillers， rhizomes， and buds） are predominantly expanding type， except in some cases in grazed pastures where stable age structures are observed. 3） Senescence in tiller nodes accelerates significantly from the second age class， whereas rhizome senescence progresses more gradually. The convergent adaptation of rhizomatous grasses has led to a reproductive strategy wherein rhizome buds replenish first-age-class tillers. This strategy achieves two evolutionary milestones： for individuals， once seedlings establish， the genetic lineage of the maternal plant attains longevity or even virtual immortality. For populations， it sustains expanding age structures in modules， expands spatial occupancy， and reduces competition between tillers derived from rhizome buds and those from parental tiller node buds of varying age classes. These adaptations hold critical evolutionary significance for population survival and proliferation.

Key words: life-form, clonal plants, vegetative propagation, modules, age spectrum, tiller productivity, rhizome storage capacity

韩大勇, 杨允菲, 李海燕, 张维. 基于天然草地12种根茎禾草种群构件年龄结构与衰老过程的趋同适应普遍模式[J]. 草业学报, 2025, 34(11): 217-226.

Da-yong HAN, Yun-fei YANG, Hai-yan LI, Wei ZHANG. Universal models of convergent adaptation based on the age structure and senescence process of population modules of 12 rhizomatous grass species in natural grassland， China[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2025, 34(11): 217-226.

图/表 5

图1 3种利用方式草地12种根茎禾草种群分蘖株的年龄谱Lc：羊草L. chinensis； Am：根茎冰草A. michnoi； Bi：无芒雀麦B. inermis； Cm：大拂子茅C. macrolepis； Ce：拂子茅C. epigejos； Cp：假苇拂子茅C. pseudophragmites； Ah：毛秆野古草A. hirta； Hb：短芒大麦H. brevisubulatum； Hs：牛鞭草H. sibirica； Ag：光稃香草A. glabrum； Ls：赖草L. secalinus； Ss：大油芒S. sibiricus； G：放牧场Grazing pasture； H：割草场Mowing meadow； E：围栏封育草地Fenced enclosure grassland. 所有数据来源于文献［3，5-36］。All data are from References ［3，5-36］. 下同The same below.

Fig.1 Age spectrum of population tillers for 12 rhizomatous grasses under three types of grassland utilization

图2 3种利用方式草地12种根茎禾草种群根茎长的年龄谱

Fig.2 Age spectrum of rhizome length of populations for 12 rhizomatous grasses under three types of grassland utilization

图3 3种利用方式草地12种根茎禾草种群芽的年龄谱

Fig.3 Age spectrum of population buds for 12 rhizomatous grasses under three types of grassland utilization

图4 围封草地9种根茎禾草种群营养分蘖株和生殖分蘖株的平均单株生产力不同小写字母表示营养分蘖株间差异显著，不同大写字母表示生殖分蘖株间差异显著，下同。Different lowercase letters indicate significant differences among vegetative tiller individuals； Different uppercase letters indicate significant differences among reproductive tiller individuals. The same below.

Fig.4 Average productivity per-tiller of vegetative tillers （V） and reproductive tillers （R） of 9 rhizomatous grass populations in enclosed grassland

图5 围封草地9种根茎禾草种群平均单位长度的根茎贮藏力

Fig.5 Average storage capacity per unit length of rhizomes of 9 rhizomatous grass populations in enclosed grassland

参考文献 36

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基于天然草地12种根茎禾草种群构件年龄结构与衰老过程的趋同适应普遍模式

Universal models of convergent adaptation based on the age structure and senescence process of population modules of 12 rhizomatous grass species in natural grassland， China

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