三种菊科入侵植物的生长与化学防御的关系研究

"生活史理论"认为,植物可利用的资源总量是有限的,在植物的不同功能之间存在着此消彼长的权衡关系。入侵植物的生长和化学防御一般优于本地植物,那么其生长与化学防御之间是否存在权衡及其权衡关系怎样,目前尚不清楚。以广东省3种菊科入侵植物[三裂叶蟛蜞菊(Wedelia trilobata(L.)Hitchc.)、飞机草(Eupatorium odoratum)和薇甘菊(Mikania micrantha)]为研究对象,并分别以近缘或伴生的本地植物[蟛蜞菊(Wedelia chinenses)、华泽兰(Eupatorium chinense)和鸡矢藤(Paederia scandens)]为对照,研究入侵植物的生长特性(相对生长率和比叶面积)与化学防御物质(缩合单宁和总酚)含量,并基于这2种光合碳分配的主要形式,探讨入侵植物生长与化学防御之间的权衡关系。结果表明:3种入侵植物的相对生长率均高于本地对照种;薇甘菊的比叶面积大于对照种,而其他2种无明显优势。薇甘菊和三裂叶蟛蜞菊的缩合单宁显著高于对照种,飞机草的总酚含量高于对照种。我们的结果显示,入侵植物的生长和化学防御均优于本地植物,但它们的碳同化能力相近;因此,入侵植物特殊的内在资源分配与利用机制可能是其成功入侵的关键。

辽宁地区两种菊科入侵植物与本地植物光合特性比较

为明确外来植物生理生态学性状及其与其强入侵性的关系,本研究采用野外原位气体交换参数测定的方法,分析了菊科入侵植物豚草、三裂叶豚草与其共生本地植物紫菀光合特性和叶片性状的差异。结果表明,豚草、三裂叶豚草、紫菀3种植物的光饱和点(LSP)均高于800μmol·m^(-2)·s^(-1),且两种入侵植物的LSP显著高于紫菀,表观量子效率(AQY)则显著低于紫菀;3种植物的最大净光合速率(P_(nmax))大小顺序为豚草>三裂叶豚草>紫菀,其中,豚草和三裂叶豚草的P_(nmax)分别比紫菀高出151.28%、82.80%,且差异显著。两种入侵植物的比叶面积(SLA)、叶片的单位质量氮含量(N_(mass))、叶片单位质量磷含量(P_(mass))、光合能量利用效率(PEUE)、光合氮利用效率(PNUE)均显著高于紫菀,但3者叶片单位质量建成成本(CC_(_(mass)))差异不显著。综上所述,辽宁的两种菊科入侵植物相对于本地共生种来说有着较高的气体交换参数和叶片特性指标,且其光合特性和叶片特性也存在着密切的联系,表现在这些菊科入侵植物有着更高的P_(nmax)、PNUE、PEUE和水分利用效率(WUE)等光合特性指标和能量利用指标,使得入侵植物能够更有效地捕获和利用环境资源,成为其得以成功入侵的原因之一。

菊科几种入侵和非入侵植物种子需光发芽特性差异

对入侵菊科植物(假苍耳、薇甘菊、紫茎泽兰、飞机草)以及非入侵菊科植物(扫帚梅、天人菊、金鸡菊、麦秆菊、翠菊、黑心菊)对比研究发现,入侵组种子往往是需光发芽,即有光条件下平均高出无光条件发芽率40%(P<0.01),而非入侵组的需光发芽特性不明显,即有光和无光条件下种子发芽率差异不显著(P>0.05)。以入侵植物假苍耳为例对其种子需光发芽的特性研究发现:红光有利于提高种子的萌发率(萌发率为62%),而蓝光起到相反的作用(萌发率37%);当以全光的25%照射种子时,最能够促进种子的萌发(萌发率59%),更高的光强抑制种子萌发(100%光强时,发芽率为21%)。适宜浓度水杨酸SA处理(0.01mmol/L)可以起到与光照类似的效果而促进种子萌发(提高30%发芽率),而PEG和低温处理对其不存在显著影响,说明这种需光发芽的机理可能与SA处理影响种子萌发存在一定的联系。研究证实了入侵和非入侵菊科植物之间确实存在需光发芽的差异,其生理生化差异及是否有利于入侵植物的快速入侵需深入研究。

3种入侵菊科植物对入侵域土壤肥力的影响

为探寻入侵植物与本地植物竞争是否存在一定的规律性,研究了黄顶菊、三叶鬼针草、豚草3种菊科植物与本地不同植物(狗尾草、藜、草木樨)竞争,对土壤酶活性和土壤养分的影响.结果显示:1)3种入侵植物对可利用氮的利用能力显著高于本地植物,且三叶鬼针草、豚草单种对氮素的利用能力要强于黄顶菊;3种入侵植物所需速效钾的含量较低;2)入侵植物对土壤生态的影响还与入侵域本地植物种类密切相关:3种入侵植物与狗尾草竞争过程中脲酶活性显著升高,入侵植物利用铵态氮的能力要强于硝态氮,3种入侵植物与藜竞争,入侵植物利用硝态氮的能力要强于铵态氮,有机碳含量呈上升趋势.3种入侵植物与草木樨竞争,速效钾含量显著升高.黄顶菊、三叶鬼针草、豚草入侵可以改变土壤养分和土壤酶活性,创造对自身生长有利的土壤环境,并借此增强其竞争能力.

5种外来菊科植物对根际土壤微生物群落和酶活性的影响

以根际土壤微生物数量和土壤酶活性为指标,比较了加拿大飞篷(Erigeron canadensis)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)、辣子草(Galinso-ga parviflora)、野茼蒿(Crassocephalum crepidioides)、钻形紫菀(Aster subu-latus)5种菊科外来植物对土壤生态系统的影响。结果表明,5种菊科外来植物的根际细菌、真菌总量较对照增高,其中加拿大飞篷根际土壤中的真菌数量显著高于对照(p<0.05),说明该种入侵植物根际土壤中真菌被根系分泌物刺激增长明显;放线菌数量差异不明显。加拿大飞篷、辣子草、三叶鬼针草、野茼蒿的根际土壤脲酶活性、土壤蔗糖转化酶活性显著高于对照(p<0.05),而纤维素酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶活性同对照相比无显著差异。通过对综合指数的隶属函数和土壤肥力影响指数的分析可知,5种外来菊科植物在黄壤类荒地中生长,其中三叶鬼针草、加拿大飞篷、辣子草可明显影响土壤养分提供能力,更好地适应土壤条件。

河北地区入侵植物黄顶菊与本地种苍耳光合特性比较

【目的】了解河北3个不同地区(邯郸、衡水和沧州)菊科入侵植物黄顶菊和其本地伴生植物苍耳光合特性的差异,探讨黄顶菊与本地种对环境光强变化产生的响应机制,综合分析入侵植物的光合特性及其与叶片特性之间的相关性。【方法】采用Li-6400便携式光合测定仪测定黄顶菊和苍耳叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度等指标,并比较分析入侵植物与本地种光合特性及叶片特性的差异。【结果】3个地区的2种植物光饱和点均高于1200μmol·m-2·s-1,且邯郸和衡水地区的黄顶菊光饱和点显著高于本地种苍耳达221.8%、122.9%;3个地区黄顶菊的光补偿点显著低于苍耳,而最大净光合效率则显著高于苍耳,但叶绿素含量差异并不显著;除邯郸地区外,黄顶菊的比叶面积、光合氮利用效率均要显著高于苍耳,各地区黄顶菊的叶片氮含量、叶片磷含量、光合能量利用效率均显著高于本地种。相关分析表明,叶片最大净光合速率与叶片建成成本、叶片氮含量、叶片磷含量、光合能量利用效率以及光合氮利用效率显著正相关(P<0.05);比叶面积与光合能量利用效率呈显著正相关(P<0.05),与光合氮利用效率呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】黄顶菊在同一环境条件下比苍耳有着更高的光合速率、光合能量利用效率以及光合氮利用效率,成为其具备高入侵性的生理基础。