Patterns of Reproductive and Seed Dispersal and Ecological Significance of the Clonal Spring Ephemeroid Plant Carex physodes in the Gurbantuggut Desert

Abstract

ABSTRACT: Carex physodes is an ephemeral species in the cold desert of Gurbantunggut in Northwest China. It has both asexual and sexual reproductive patterns. The primary aims of this study were to characterize the reproduction systems and identify the role of fruit dispersal in the sexual reproduction of C. physodes. Aboveground and underground biomass, root-shoot ratio, inflorescence biomass, fruit-set of C. physodes were measured and dispersal of perigynia and achenes in the natural habitat and indoor condition were studied. The underground biomass of C. physodes was approximately 10 times more than the aboveground biomass. The most parts of aboveground biomass is allocated to the inflorescence, which suggests that C. physodes allocates most biomass to the reproductive part. C. physodes produces perigynium with a pericarp containing one achene. The perigynia disperse at a much greater distance than achenes at both 1 and 4 m s-1 wind velocity, and the floating time of perigynia in water was much longer than that of achenes. Perigynia can hold more water and adher soil much more easily than achenes, which suggests that perigynia are suitable for wind dispersal, and they also adapt to spread at a long distance by occasionally rainfall. However, achenes may remain near the mother plants and only disperse at short distances. C. physodes is morphologically and physiologically adapted to the cold desert environment via a combination of characters associated with the rhizomatous and perigynium. This adaption may increase the opportunity of survival and expansion of population of C. physodes.RESUMO: Carex physodes é uma espécie efêmera no deserto frio de Gurbantunggut, no noroeste da China, que possui padrões reprodutivos tanto sexuais como assexuais. Os objetivos principais deste estudo foram caracterizar os sistemas de reprodução e identificar o papel da dispersão dos frutos na reprodução sexual de C. physodes. Foram medidas a biomassa aérea e de raízes, a razão raiz-parte aérea, a biomassa de inflorescência e a frutificação de C. physodes e estudada a dispersão de estames perigínicos e aquênios em habitat natural e ambiente interno. A biomassa das raízes de C. physodes foi aproximadamente dez vezes maior do que a biomassa aérea. A maior parte da biomassa aérea é alocada para a inflorescência, o que sugere que C. physodes aloca a maioria da biomassa para a parte reprodutiva. Ela produz estames perigínicos com pericarpo contendo um aquênio. Os estames perigínicos se dispersam a uma distância muito maior do que os aquênios na velocidade do vento de 1 e 4 m s-1, e o tempo de flutuação dos estames perigínicos na água foi muito maior que o dos aquênios. Os estames perigínicos podem reter mais água e aderir ao solo muito mais facilmente do que os aquênios, o que sugere que esses estames são apropriados para dispersão por vento; além disso, estão adaptados para dispersão por grande distância quando ocorrem chuvas ocasionais. No entanto, os aquênios podem permanecer perto das plantas-mãe e dispersar-se apenas por distâncias curtas. C. physodes é adaptada morfológica e fisiologicamente ao ambiente do deserto frio por meio de uma combinação de caracteres associados aos rizomas e aos estames perigínicos. Essa adaptação pode aumentar a oportunidade de sobrevivência e expansão da população de C. physodes.