母体放牧经历对羊草克隆后代干旱敏感性的影响

doi:10.11686/cyxb2020308

草业学报 ›› 2021, Vol. 30 ›› Issue (8): 119-126.DOI: 10.11686/cyxb2020308

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母体放牧经历对羊草克隆后代干旱敏感性的影响

郭丰辉¹^,²(), 丁勇¹, 马文静³, 李贤松¹, 李西良¹(), 侯向阳¹^,²()

^1.中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010010
^2.山西农业大学草业学院，山西晋中 030801
^3.内蒙古民族大学，内蒙古通辽 028000

收稿日期:2020-06-30 修回日期:2020-10-29 出版日期:2021-07-09 发布日期:2021-07-09
通讯作者: 李西良,侯向阳
作者简介:Corresponding author. E-mail： houxy16@vip.126.com， lixiliang0824@126.com
郭丰辉（1987-），男，山东滨州人，在读博士。E-mail： guofhui@163.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(31702161);内蒙古科技计划项目(201802081);中央级公益性科研院所基本科研业务费项目(1610332020001)

Maternal grazing exposure altered the responses of Leymus chinensis cloned offspring to drought environment

Feng-hui GUO¹^,²(), Yong DING¹, Wen-jing MA³, Xian-song LI¹, Xi-liang LI¹(), Xiang-yang HOU¹^,²()

^1.Institute of Grassland Research，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Hohhot 010010，China
^2.Pratacultural College，Shanxi Agricultural University，Jinzhong 030801，China
^3.Inner Mongolia University for Nationalities，Tongliao 028000，China

Received:2020-06-30 Revised:2020-10-29 Online:2021-07-09 Published:2021-07-09
Contact: Xi-liang LI,Xiang-yang HOU

摘要/Abstract

摘要：

母体放牧环境可以对后代子株产生遗留效应，同时，放牧可通过改变生态系统蒸散发格局及强度加剧干旱。然而，放牧遗留效应是否影响了植物对干旱的响应，尚知之甚少。从长期围封和放牧样地采集羊草克隆后代进行室内培养，研究了放牧遗留效应对羊草干旱适应性的影响。结果表明：1）相对于围封羊草克隆后代（NG），放牧羊草克隆后代（GZ）单株株高、单株生物量的干旱抵抗力更强，材料来源与干旱处理交互作用显著；相反，GZ子株数对干旱的响应比NG更敏感；2）NG与GZ地上生物量、总生物量对干旱具有相同的响应趋势和强度；3）NG总根茎长、总根茎节间数对干旱的响应更敏感，对照处理下NG总根茎长度、总根茎节间数显著大于GZ，而干旱处理下无显著差异；4）NG在干旱下减小根茎和地上分配，提高根系分配；而GZ在干旱下减小根茎分配、提高地上分配，根系分配无显著变化。结果表明，放牧遗留效应改变了羊草对干旱的响应模式，为认识放牧生态系统过程提供了新的角度。

关键词: 放牧, 遗留效应, 干旱, 羊草, 生物量分配

Abstract:

Grazing disturbance on maternal plants can induce legacy effects on the progeny plants. Meanwhile， grazing disturbance also can exacerbate ecosystem drought by changing the evapotranspiration pattern and intensity. However， little is known about whether the grazing-induced legacy effects regulate the response of progeny plants to drought. In this study， we conducted a greenhouse experiment with Leymus chinensis offsprings collected from long-term no grazing plots （which have been fenced for about 40 years） and seriously grazed plots to explore whether grazing could enhance the adaptation of the plant to drought. Results showed that： 1） Relative to NG （cloned offspring collected from no grazing plots）， individual height and biomass of GZ （cloned offspring collected from grazed areas） are more resistant to drought， and the interaction between material source and drought treatment is significant. In contrast， the response of GZ to drought in terms of ramet number is more sensitive than that of NG. 2） NG and GZ exhibit similar responses to drought in terms of aboveground and total biomass. 3） NG is more sensitive to drought than GZ in terms of total rhizome length and internode number. Under control treatment， the total rhizome length and internode number of NG are significantly greater than GZ， while there are no significant differences under drought treatment. 4） Rhizome and aboveground biomass allocation of NG under drought treatment are higher than that under control treatment， while the root biomass allocation increases under drought treatment. However， for GZ， rhizome biomass allocation decreases and aboveground biomass allocation increases under drought treatment， while there is no significant change in terms of root biomass allocation. This study showed that the grazing-induced legacy effects altered the response pattern of L. chinensis to drought treatment. This information provides a new perspective for understanding grazing ecosystem processes.

Key words: grazing, legacy effects, drought, Leymus chinensis, biomass allocation

郭丰辉, 丁勇, 马文静, 李贤松, 李西良, 侯向阳. 母体放牧经历对羊草克隆后代干旱敏感性的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(8): 119-126.

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图/表 6

图1 放牧与围封羊草单株性状及子株数对干旱的响应CK：对照处理Control treatment； DT：干旱处理Drought treatment； NG：围封样地来源羊草L. Chinensis collected from enclosed plot； GZ：放牧样地来源羊草L. Chinensis collected from grazing plot； P：双因素方差分析结果The result of Two-way ANOVA； NO：该指标无法满足双因素方差分析条件The index cannot meet the conditions of Two-way ANOVA；*：对照和干旱处理间差异显著Significant difference between control and drought treatment； PI， ?：放牧或围封羊草在干旱处理下的可塑性指数及变化量大小The plasticity index and variation of GZ or NG to drought treatment；不同小写字母表示在对照或干旱处理下放牧与围封羊草之间存在显著差异Different lowercase letters indicate that there are significant differences between NG and GZ under control or drought treatment.

Fig.1 The responses of GZ and NG to drought treatment in terms of individual characters and ramet number

图2 羊草子株数与单株株高、单株生物量间的相关分析

Fig.2 Relationships between ramet number and ramet height and ramet biomass， respectively

图3 放牧与围封羊草生物量累积对干旱的响应

Fig.3 The responses of GZ and NG to drought treatment in terms of biomass accumulation

表1 放牧与围封羊草根茎性状对干旱的响应

Table 1 The responses of GZ and NG to drought treatment in terms of rhizome characters

根茎性状 Rhizome characters	来源 Source	对照 CK	干旱处理 DT	交互作用 Interaction		PI （%）	?
根茎性状 Rhizome characters	来源 Source	对照 CK	干旱处理 DT	F	P	PI （%）	?
总根茎长度 Total rhizome length （cm）	NG	161.91±6.75Aa	11.12±3.62Ba	16.74	<0.001	93.13	150.79
总根茎长度 Total rhizome length （cm）	GZ	101.66±9.50Ab	2.15±1.14Ba	16.74	<0.001	97.89	99.51
总根茎节间数 Total rhizome number	NG	55.00±4.21Aa	5.50±1.66Ba	4.06	0.05	90.00	49.50
总根茎节间数 Total rhizome number	GZ	37.11±4.27Ab	1.40±0.75Ba	4.06	0.05	96.23	35.71
最长根茎长度 The longest rhizome （cm）	NG	54.64±5.98Aa	9.72±2.97Ba	1.41	0.24	82.21	44.92
最长根茎长度 The longest rhizome （cm）	GZ	38.28±4.15Ab	2.15±1.14Bb	1.41	0.24	94.38	36.13
最长根茎节间数 The largest internode number	NG	18.00±1.94Aa	4.50±1.23Ba	0.12	0.73	75.00	13.50
最长根茎节间数 The largest internode number	GZ	14.11±1.50Aa	1.40±0.75Bb	0.12	0.73	90.08	12.71
节间长 The internode length （cm）	NG	3.05±0.18Aa	2.09±0.30Ba	NO	NO	31.48	0.96
节间长 The internode length （cm）	GZ	2.83±0.17Aa	1.56±0.06Ba	NO	NO	44.88	1.27

图4 放牧和围封羊草生物量分配对干旱的响应百分数代表生物量分配Percentiles indicate biomass allocation.

Fig.4 The responses of GZ and NG to drought treatment in terms of biomass allocation

表2 羊草生物量分配双因素方差分析

Table 2 Two-way ANOVA of L. chinensis biomass allocation

生物量分配 Biomass allocation	来源 Source	交互作用Interaction		PI （%）	? （%）
生物量分配 Biomass allocation	来源 Source	F	P	PI （%）	? （%）
地上Aboveground	NG	7.335	0.011	15	8
地上Aboveground	GZ	7.335	0.011	-18	-10
根系Root	NG	NO	NO	-68	-15
根系Root	GZ	NO	NO	7	2
根茎Rhizome	NG	0.249	0.621	27	7
根茎Rhizome	GZ	0.249	0.621	50	8

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Maternal grazing exposure altered the responses of Leymus chinensis cloned offspring to drought environment

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