被子植物中大约有6%为雌雄异株植物(Renner et al., 1995)，雌雄株在生长、表型及生理特性等方面均表现出明显差异(Dawson et al., 1989; 1993; Lei et al., 2017；郭海燕等，2017)。这些差异导致雌雄株植物在生殖生长中扮演了不同角色，并且在性别比例、特异资源需求与利用及生殖成本等方面均有不同(Delph，1990; Sánchez Vilas et al., 2011)。例如，雌株由于既开花又结果因而会分配更多的资源到生殖生长中，相应的雄株会分配更多资源到性状维持及生长等其他特性(Obeso，2002; Barrett et al., 2013; Juvany et al., 2015)。此外，雌雄植株不仅在资源分配的绝对量上有区别，对资源的需求也随发育时间呈现动态变化的过程，这种变化反映出植物面对发育需求做出了最适宜的调整(Pickup et al., 2012; Teitel et al., 2016)。然而，目前关于雌雄株资源分配的动态变化过程研究较少，仅对滨海沙丘植物Honckenya peploides等进行了研究(Sánchez Vilas et al., 2017)。

碳和氮是植物组织的重要组成元素，与植物生理代谢过程紧密相关。植物叶片碳同位素组成(δ¹³C)和氮同位素组成(δ¹⁵N)作为长期指示指标，可反映叶片整个生命周期的平均生理活性。其中植物叶片δ¹³C值与C_i/C_a (胞间CO₂与大气CO₂浓度比率)呈负相关，反映了同化速率与气孔导度之间的平衡，可用于指示植物长期水分利用效率(WUE)(Farquhar et al., 1984; 罗亚勇等，2009；高暝等，2013；任志国等，2014；葛露露等，2018)。植物δ¹⁵N值作为氮循环的综合指标，可反映植物氮获取、同化、利用及损失过程中外源氮及¹⁵N、¹⁴N值的变化，可以作为植物营养状况、氮利用等的指示剂(Högberg，1997; Evans，2001; 赵艳艳等，2016；刘建峰等，2018)。

山鸡椒(Litsea cubeba)为樟科(Lauraceae)雌雄异株植物，是我国重要的天然香料树种，全株含油，其中果实精油含量最高，精油中主要成分柠檬醛是制造香料、日化用品、药品、食品增香剂与防腐剂的原材料(Chen et al., 2013)，精油及柠檬醛含量快速积累期为开花后105~165天(Gao et al., 2016)。目前山鸡椒仅在雌雄花及花芽形态、物候差异等方面有研究(许自龙，2017；李红盛，2018)，而关于雌雄植株在生理特性、资源分配、生殖成本方面的研究未见报道。本研究以山鸡椒雌雄株为试验材料，通过分析雌株及雄株在生殖生长过程中养分含量[碳含量(C)、氮含量(N)、碳氮比(C/N)]、δ¹³C和δ¹⁵N变化情况，探讨山鸡椒雌雄植株在生殖生长过程中水分及氮素利用策略的性别特异性动态变化规律，以期为雌雄异株植物资源分配动态变化机制研究提供理论依据。

试验材料采集自浙江省杭州市富阳区新沙岛山鸡椒家系试验林(120°00′E, 30°04′N)。年平均气温16.63 ℃，平均降水量1 479 mm，年日照时数1 759.2 h，全年无霜期约238天，供试土壤为酸性黄壤土，全氮含量0.64 g·kg^-1，全磷含量0.35 g·kg^-1，全钾含量8.46 g·kg^-1。

根据山鸡椒果实发育过程中精油及柠檬醛含量变化规律，于精油、柠檬醛含量快速积累期到稳定期，即开花后105~165天，选择同一家系内3年生健康的雌雄株各20株，每隔15天，分别采摘同一方向健康、完整叶片20片混合后装袋。所有植物样品装入牛皮纸袋，带回实验室。

叶片样本置于微波炉杀青后在65 ℃下烘72 h至恒质量，用植物样品粉碎机JP-200B-8(久晶电器有限公司，中国)粉碎叶片后过120目筛，用Flash 2000 EA-HT元素分析仪联合同位素比率质谱仪DELTA V Advantage (Thermo Fisher Scientific，Inc., USA)测定CO₂的¹³C与¹²C比率、N₂的¹⁵N与¹⁴N比率。植物叶片δ¹³C和δ¹⁵N值按下式计算：δ=(R_样品-R_PDB)/R_PDB×1000‰。式中：R_样品是植物叶片样品的¹³C/¹²C、¹⁵N/¹⁴N的比率，R_PDB是测定过程中标准物质PDB的¹³C/¹²C、¹⁵N/¹⁴N比率。碳、氮稳定同位素比值的分析精度为±0.2‰。碳氮含量均采用干质量(DM，%)表示。

应用SPSS 18.0统计分析软件进行数据分析处理，Duncan新复极差法检验差异显著性，应用SigmaPlot 12.0作图软件制图。

性别和发育时期对山鸡椒雌雄株叶片δ¹³C值均有极显著影响，但性别和发育时期无显著性交互作用(表 1)。山鸡椒果实发育过程中，雌株叶片δ¹³C范围在-30.79‰~-28.19‰之间，平均值为-29.38‰；雄株叶片δ¹³C范围在-29.29‰~-26.84‰之间，平均值为-28.08‰。从开花后105~165天(即果实精油及柠檬醛含量快速积累期到稳定期)，雌株叶片δ¹³C均显著低于雄株叶片δ¹³C值；同时，随着时间变化，雌雄株叶片δ¹³C均表现出逐渐下降的趋势，即开花后105天最高，开花后165天最低，雌雄株分别较105天时低4.81%和5.21%(图 1A)。

表 1 性别和发育时期对山鸡椒叶片碳氮同位素比值、碳氮含量和碳氮比的影响 Tab.1 Effect of sex and development time on the leaf δ¹³C, δ¹⁵N, carbon and nitrogen content and ratio of carbon to nitrogen in L. cubeba

表 1 性别和发育时期对山鸡椒叶片碳氮同位素比值、碳氮含量和碳氮比的影响 Tab.1 Effect of sex and development time on the leaf δ13C, δ15N, carbon and nitrogen content and ratio of carbon to nitrogen in L. cubeba 变量Variable df δ13C δ15N N C C/N F P F P F P F P F P 性别Sex 1 37.319 < 0.001 20.698 < 0.001 4.889 0.039 0.146 0.706 8.159 0.010 发育时期Development time 4 5.640 0.003 31.165 < 0.001 2.330 0.091 7.561 0.001 2.300 0.094 性别×发育时期 Sex × development time 4 0.796 0.542 4.083 0.014 0.623 0.651 4.656 0.006 0.458 0.766

图 1 山鸡椒雌雄植株发育不同时期叶片δ13C和δ15N动态变化 Fig. 1 The temporal variation in leaf δ13C and δ15N of male and female plants during the development of L. cubeba 大写字母“X”和“Y”表示雌雄间显著性差异(P < 0.05)；大写字母“A”“B”和“C”表示日期间显著性差异(P < 0.05)。下同。 The capital letter "X" and "Y" indicate significant difference between sex, and the capital letter "A", "B" and "C" indicate significant difference between time (P < 0.05). The same below.

性别和发育时期对山鸡椒雌雄株叶片δ¹⁵N值均有极显著影响，性别和发育时期有显著交互作用(表 1)。山鸡椒果实发育过程中，雌株叶片δ¹⁵N在0.52‰~3.96‰之间，平均值为1.90‰；雄株叶片δ¹⁵N在0.99‰~7.38‰之间，平均值为2.95‰。开花后105~150天(即雌株精油及柠檬醛含量快速积累期)，雌株叶片δ¹⁵N均显著低于雄株叶片δ¹⁵N值，而开花后165天时(即精油及柠檬醛含量稳定期)雌株叶片δ¹⁵N高于雄株叶片δ¹⁵N值。同时随时间变化，雌雄株叶片δ¹⁵N均表现出双峰趋势，开花后105天叶片δ¹⁵N值出现第1个小高峰，之后下降，雌株叶片δ¹⁵N在开花后120天时达到最低值(0.64‰)，在开花后135天时雌雄株叶片δ¹⁵N均出现最高峰(雌雄株分别为3.65‰和5.88‰)，之后下降，到165天时雄株叶片δ¹⁵N达到最低值(1.23‰)(图 1B)。

性别对山鸡椒叶片碳含量无显著性影响，发育时期对其影响显著，且性别与发育时期有显著性交互作用(表 1)。山鸡椒果实发育过程中，雌株叶片C含量范围在47.48%~51.09%之间，平均值为49.44%；雄株叶片C含量范围在45.83%~52.45%之间，平均值为49.28%。开花后105天和120天，雌株叶片C含量高于雄株叶片C含量，之后表现出相反的趋势。同时，开花后135~165天，雄株叶片C含量随时间变化显著升高(P < 0.05)，而雌株叶片C含量在不同时期无显著差异(P>0.05)(图 2A)。

图 2 山鸡椒雌雄植株发育不同时期叶片C含量、N含量和C/N动态变化 Fig. 2 The temporal variation in leaf C content, N content and C/N of male and female plants during the development of L. cubeba

性别对山鸡椒叶片氮含量有显著影响，但发育时期对其无显著影响，且性别与发育时期无显著性交互作用(表 1)。山鸡椒果实发育过程中，雌株叶片N含量范围在1.32%~2.09%之间，平均值为1.71%；雄株叶片N含量范围在1.13%~2.42%之间，平均值为1.51%。除开花后135天外，雌株叶片N含量均高于雄株叶片N含量(P < 0.05)。同时，雌雄株叶片N含量随时间变化无显著差异(P>0.05)(图 2B)。

性别对山鸡椒叶片碳氮比影响显著，但发育时期对其无显著影响，且性别与发育时期无显著性交互作用(表 1)。山鸡椒果实发育过程中，雌株叶片C/N在23.50~36.98之间，平均值为29.15；雄株叶片C/N在21.16~43.91之间，平均值为33.72。山鸡椒雌株叶片C/N值均低于雄株叶片C/N值，同时随着发育时期的推进，雌雄株叶片C/N值均呈下降的趋势(图 2C)，雌株下降了16.61%，雄株下降了20.48%。

山鸡椒叶片δ¹³C与氮含量的相关性分析如图 3所示，雌株和雄株的叶片氮含量与δ¹³C均无显著相关性(R_F²=0.000，R_M²=0.186)。

图 3 山鸡椒雌雄植株叶片δ13C与氮含量相关性分析 Fig. 3 Relationship between leaf δ13C and N content of male and female plant of L. cubeba

山鸡椒叶片水分利用效率与氮素利用效率的相关性分析如图 4所示，雌株和雄株的叶片δ¹³C和δ¹⁵N均无显著相关性(R_F²=0.009，R_M²=0.048)。

图 4 山鸡椒雌雄植株叶片δ13C与δ15N相关性分析 Fig. 4 Relationship between leaf δ13C and δ15N of male and female plant of L. cubeba

关于雌雄异株植物水分利用效率的差异，前人的结果不尽相同，在北极柳(Salix arctica)、Honckenya peploides中，雌株高于雄株(Jones et al., 1999; Sánchez Vilas et al., 2017)；梣叶槭(Acer negundo)、中国沙棘(Hippophae rhamnoides ssp. sinensis)中，雌株低于雄株(Dawson et al., 1993; Ward et al., 2002；高丽等，2009)，而在Simmondsia chinensis、Maireana pyramidata中雌雄株相同(Kohorn et al., 1994; Leigh et al., 2003)。本研究结果显示，不同发育时期雌株δ¹³C均小于雄株，即雌株水分利用效率低于雄株，说明雌株固定单位碳消耗了更多的水分。雌株种子和果实中包含更多的淀粉和脂肪，因此雌株在资源获取时会选择获取更多的碳(Raven et al., 2015)。由于CO₂和H₂O通过气孔共享一套传播途径，因此雌株若获取更多的碳则导致更多的水分丢失，即水分利用效率下降。同时从开花后105~165天，即果实精油及柠檬醛含量快速积累期到稳定期，雌株δ¹³C值下降，说明了随着果实发育成熟，雌株在生殖中投入了越来越多的碳，从而导致水分不断流失；雄株δ¹³C值下降可能是由于随着植株发育，其光合速率逐渐降低的结果。

雌雄异株植物生殖成本的差异不仅受水分利用效率影响，氮素利用效率也起到关键作用，法国山靛(Mercurialis annua)(Harris et al., 2008)、宽叶慈姑(Sagittaria latifolia)(Wright et al., 2014)、Honckenya peploides(Sánchez Vilas et al., 2017)、苏铁(Cycas)(Krieg et al., 2017)中发现雌雄株在氮含量及氮稳定同位素方面有差异。本研究中，从开花后105~150天，山鸡椒雌株叶片δ¹⁵N值均显著低于雄株叶片δ¹⁵N值，这种性别间δ¹⁵N值差异可能受一系列过程及因素的影响，例如氮循环速率、植物利用氮素的形式(铵态氮、硝态氮)、共生菌根类型和数量以及植物物候等(郑璐嘉等，2016)，由于影响叶片δ¹⁵N值潜在机制的复杂性，因此无法确定山鸡椒性别间δ¹⁵N值差异的确切原因。在雌雄异株植物苏铁中，研究发现雌雄之间δ¹⁵N值的差异受共生菌的影响，雌株叶片δ¹⁵N值低于雄株，是由于雌株对氮的获取更多依赖共生菌。而山鸡椒中是否存在共生菌还需做进一步研究。另外山鸡椒叶片雄株δ¹⁵N值高于雌株，也可能由于雄株叶片能利用更多的氮素，导致植株光合效率更高，能同化更多的有机化合物。结合氮含量的数据，山鸡椒雄株从开花后135~165天叶片δ¹⁵N值显著下降，可能与此阶段叶片中氮含量下降有关。

山鸡椒雌雄株叶片氮含量和碳含量均存在差异，雌株叶片氮含量均高于雄株叶片氮含量(除开花后135天)，而果实精油快速积累期到稳定期(开花后135~165天)，雌株叶片碳含量低于雄株叶片碳含量。雌雄植株在生殖中扮演不同的角色，一般来说，雄株会产生更多更大的花，花粉中富含氮素(Wallace et al., 1979)，因此雄株会分配更多的氮素到花中；雌株除开花外，还要产生果实和种子，其中富含淀粉和脂肪，因此雌株会分配更多的碳到果实及种子中。山鸡椒雄花较雌花大(许自龙，2017)，且雄株开花时间早、花期长(李红盛，2018)，因此雄株除花外的其他器官会分配更多的氮素到花中，这解释了雄株叶片氮含量低于雌株叶片氮含量的现象；同时随着发育的推进，雄株叶片氮含量轻微下降，而雌株叶片氮含量轻微上升，可能是因为在开花后135~165天，是雄株混合芽中花原基出现的时期，而雌株混合芽中花原基一般较雄株晚出现2周左右(许自龙，2017)，因此在这段时期雄株叶片氮素转移至花芽中，造成了此阶段叶片氮含量下降。雌株在果实快速发育期，即精油快速积累期到稳定期(开花后135~165天)，叶片会分配更多的碳到果实中，因此这段时期叶片中碳含量低于雄株。然而本研究只分析了叶片中元素含量的变化，而植株整体水平的养分分配规律还需进一步研究。

植物体中碳代谢与氮代谢相互依赖，氮代谢可为碳代谢提供酶和光合色素，碳代谢可为氮代谢提供碳源和能量，同时2个过程又因需要共同的三磷酸腺苷、还原力和碳骨架，存在着竞争关系。C/N值大小表示植物吸收单位养分含量所获取、同化C的能力，可反映植物体养分元素的利用率(赵艳艳等，2016)。本研究中，山鸡椒雌株C/N值在不同发育时期均小于雄株，说明雄株的碳氮代谢强于雌株；随着发育时期推进，雌雄株C/N值均呈下降的趋势，这可能是因为果实发育及花芽形成造成了雌雄株碳氮代谢均减弱。

植物叶片氮含量与δ¹³C值呈正相关(Zhao et al., 2008；展小云等，2012；高暝等，2013)。叶片光合能力与氮浓度呈显著正相关(Evans，1989)，高浓度的氮会提高光合速率，从而降低胞间CO₂浓度，δ¹³C值上升，即氮含量一般与δ¹³C值呈正相关。然而本研究中不论雌雄植株，叶片δ¹³C与氮含量均无显著相关性，说明在调节胞间CO₂过程中，存在其他影响因子比氮含量扮演了更重要的角色，如叶片气孔导度较高，也会导致胞间CO₂浓度下降(Sánchez Vilas et al., 2017)。山鸡椒中是否由于气孔导度导致胞间CO₂浓度下降，从而降低δ¹³C值，还需要在将来的试验中继续验证。此外，环境因子(纬度、年均温、光照、水分可利用性)对植物δ¹³C值的影响也不可忽视。

山鸡椒雌雄植株在养分含量、水分及氮素利用策略存在差异，且在开花后105~165天表现出动态变化规律。山鸡椒雌株δ¹³C值低于雄株，即水分利用效率低于雄株，且雌株从果实精油及柠檬醛含量快速积累期到稳定期，水分利用效率不断下降，说明其为生殖成本提供更多的碳，从而导致水分不断流失；雌株δ¹⁵N值显著低于雄株，且随着果实发育成熟，雌雄株叶片δ¹⁵N值均表现出双峰变化趋势；雄株叶片氮含量在开花后105~165天均低于雌株，即雄株叶片分配更多的氮素至花芽以保证花粉形成，而果实精油快速积累期到稳定期(开花后135~160天)，雌株叶片碳含量低于雄株叶片碳含量，这为果实及种子的形成提供更多的碳元素；雌株C/N值在不同发育时期均小于雄株，说明雄株的碳氮代谢强于雌株，随着发育时期推进，雌雄株C/N值均呈下降的趋势；雌雄植株叶片δ¹³C与氮含量以及δ¹³C与δ¹⁵N均无显著相关性。