入侵植物南美蟛蜞菊无性繁殖策略选择的主要生理生态机制

发布时间：2017-08-19 23:23

  本文关键词：入侵植物南美蟛蜞菊无性繁殖策略选择的主要生理生态机制

  更多相关文章： 生物入侵 南美蟛蜞菊 繁殖策略 植物激素 植物化感 克隆生长

【摘要】：随着人类活动的日益增加,越来越多外来物种被直接或间接引入新生境,其中许多成为入侵物种,严重影响了当地的生物多样性及生态系统的正常功能。在植物的生活史中,合理的资源分配对于植物维持个体的生长和种群的繁殖是非常重要的。外来植物入侵过程中两个重要的阶段,成功定殖及扩散均与繁殖紧密相关,所以,繁殖策略对外来植物的成功入侵至关重要。然而,很多因素(包括内因及外因)均对植物的繁殖方式产生重要的影响。 本论文以中国南方典型的外来入侵克隆植物南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)为研究对象,探讨了其无性繁殖策略选择的两种主要生态机制。通过本研究不仅可以从一定程度上解释南美蟛蜞菊的入侵机理,并为南美蟛蜞菊的生物防控提供科学支持和理论依据。 本论文的主要研究结果如下： 1)野外调查发现,虽然南美蟛蜞菊几乎全年开花,并且产生大量的可育种子,南美蟛蜞菊野生种群中几乎没有种子实生幼苗,仅在其厚密的种群冠层外部附近的空地上有极少数的幼苗分布。室内的种子萌发试验表明,尽管南美蟛蜞菊I型种子在光照下具有极高的萌发率,但黑暗及南美蟛蜞菊叶片水提液二者均显著抑制了其种子的萌发、幼苗的生长。甚至,当二者共同作用时,萌发的幼苗则表现出极高的死亡率。另外,野外的种子萌发试验发现,去除地上凋落物及其它遮盖物能显著提高南美蟛蜞菊的种子萌发率。因此,野外种群下方极低的透光率及浓密的自身凋落物导致南美蟛蜞菊实生种子苗更新的失败。 2)野外群落中,南美蟛蜞菊常形成单一群落,而且在其群落下方覆盖着一层浓密的自身凋落物。试验表明,南美蟛蜞菊叶片水提液显著抑制了其两种竞争者(入侵植物假臭草Eupatorium catarium及本地近缘种受试植物结球莴苣Lactuca sativa L. var. capitata L.)的种子萌发、幼苗生长。将假臭草和结球莴苣各自与南美蟛蜞菊一起种植时,假臭草及结球莴苣幼苗的生物量均受到显著抑制。同时,南美蟛蜞菊叶片水提液不仅能降低其自身种内竞争,而且,低密度种植时,该水提液能显著提高南美蟛蜞菊的竞争力,高密度种植时,南美蟛蜞菊水提液显著降低假臭草的竞争力。另外,南美蟛蜞菊水提液能显著促进自身茎段不定根的生长。南美蟛蜞菊叶片水提液还能显著抑制病原真菌立枯丝核菌(Rhizoctonia solani)及尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)的菌丝生长。利用GC-MS对南美蟛蜞菊水提液成分分析的结果显示,该水提液中含有多种己报道的有化感活性的化合物。因此,南美蟛蜞菊很可能通过其自身凋落物调节自身生长发育并抑制其它竞争者。 3)研究发现,南美蟛蜞菊的克隆整合具有方向性,它可以通过克隆整合使其相连分株同时吸收土壤中的养分,并促进顶端分株的生长。而且,赤霉素不仅能显著促进南美蟛蜞菊无性系分株的形成,还可通过克隆整合促进长势较弱的分株的生长。另外,异质性光响应实验表明：南美蟛蜞菊能通过克隆整合缓解弱光对于整个分株的不利影响。因此,南美蟛蜞菊可以通过克隆整合缓解浓密种群下方低光条件对其茎段生长的胁迫。 4)利用ELISA试剂盒测定内源赤霉素发现,南美蟛蜞菊内源赤霉素含量显著高于本地蟛蜞菊(W. chinensis),并且南美蟛蜞菊茎段的根长及茎长与内源GA含量呈显著正相关的线性关系。而水培实验发现,GA可显著促进南美蟛蜞菊不定根的快速发生、伸长及茎的生长,并提高了南美蟛蜞菊不定根的根活。不同的是,GA并没有显著改变本地蟛蜞菊不定根的快速生长、茎段的生长及不定根的根活。进 步比较其它入侵植物(假臭草和加拿大一枝黄花Solidago canadensis)及本地植物多裂叶翅果菊(Pterocypsela laciniata)对GA的响应,发现：外源添加赤霉素均能显著增加植株高度,但并未显著促进植物根的生长及植株生物量,对其它入侵植物根活力无显著影响,但赤霉素能显著抑制多裂叶翅果菊的根活力。因此,赤霉素可能是调节南美蟛蜞菊无性克隆生长的主要内在因素。5)通过离体叶片抗病性比较发现,南美蟛蜞菊对病原真菌立枯丝核菌及尖孢镰刀菌的抗性显著高于本地蟛蜞菊。在尖孢镰刀菌的胁迫下,与对照相比,外源添加GA可以促进南美蟛蜞菊幼苗的生长,外源添加PAC(即减少内源GA)的南美蟛蜞菊幼苗长势更弱。因而,赤霉素可提高南美蟛蜞菊抗病原真菌的能力。 综上所述,外来入侵克隆植物南美蟛蜞菊主要通过自身快速的无性克隆繁殖侵占新的生境,并造成种群冠层下荫蔽的弱光条件及厚实的凋落层,以抑制前期生长极其缓慢的种子苗这一有性繁殖方式,从而为其无性克隆生长节约环境资源。同时,南美蟛蜞菊通过凋落物的化感作用来减轻其种内竞争并提高其种间竞争力。并且,植物激素GA不仅在南美蟛蜞菊克隆整合中起着重要的促进作用,也能提高南美蟛蜞菊抗病性。因此,南美蟛蜞菊通过自身凋落物对繁殖策略的选择及内源赤霉素对其自身生长发育及抗病性的调节均可能是其成功入侵的重要外因与内因。本论文的研究结果为南美蟛蜞菊的生物防控提供了科学理论依据：由于南美蟛蜞菊可通过匍匐茎进行无性克隆繁殖,并且可产生大量在适宜条件具有高萌发率的种子,应注意在其结种之前进行全株清除；进一步研究南美蟛蜞菊内源GA合成机制及其干扰方法则可抑制南美蟛蜞菊无性克隆繁殖这一快速生长优势。
【关键词】：生物入侵 南美蟛蜞菊 繁殖策略 植物激素 植物化感 克隆生长
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S45
【目录】：

• 摘要6-10
• ABSTRACT10-20
• 第一章 绪论20-45
• 1.1 生物入侵20-27
• 1.1.1 生物入侵的定义20-21
• 1.1.2 生物入侵的危害21-23
• 1.1.3 入侵植物的进化23-25
• 1.1.4 生物入侵的机制25-27
• 1.2 植物的繁殖策略27-31
• 1.2.1 植物的繁殖方式27-28
• 1.2.2 植物的繁殖分配28-29
• 1.2.3 克隆植物的繁殖方式29
• 1.2.4 克隆整合29-30
• 1.2.5 繁殖策略对于入侵植物成功入侵的重要性30-31
• 1.3 植物激素—赤霉素31-37
• 1.3.1 赤霉素的发现及种类31-33
• 1.3.2 赤霉素在植物生长发育中的作用33-34
• 1.3.3 赤霉素的生物合成途径34-36
• 1.3.4 赤霉素受体和赤霉素信号途径36-37
• 1.4 植物的化感作用37-40
• 1.4.1 植物化感作用的定义37-38
• 1.4.2 植物化感物质的种类38-39
• 1.4.3 植物化感的释放途径39
• 1.4.4 入侵植物的化感作用39-40
• 1.5 本论文研究物种—南美蟛蜞菊40-43
• 1.5.1 生物学特性40-41
• 1.5.2 地理分布41
• 1.5.3 生活史41-43
• 1.6 研究目的、研究内容及技术路线43-45
• 1.6.1 研究目的43
• 1.6.2 主要研究内容43
• 1.6.3 技术路线43-45
• 第二章 南美蟛蜞菊有性繁殖受限的主要生理生态机制45-61
• 2.1 前言45-47
• 2.2 材料与方法47-50
• 2.2.1 野外调查和采样47-48
• 2.2.2 实验1—模拟野外缺光环境及赤霉素对种子萌发的影响48
• 2.2.3 实验2—模拟野外凋落物环境对种子萌发的影响48-49
• 2.2.4 实验3—模拟野外凋落物环境对幼苗生长的影响49
• 2.2.5 实验4—野外种子萌发试验49
• 2.2.6 数据分析49-50
• 2.3 结果50-57
• 2.3.1 南美蟛蜞菊野外有性生殖和幼苗更新情况50-51
• 2.3.2 光对南美蟛蜞菊种子萌发的影响(实验1)51-53
• 2.3.3 赤霉素对南美蟛蜞菊种子萌发的影响(实验1)53
• 2.3.4 水提液及光对南美蟛蜞菊种子萌发的影响(实验2)53-55
• 2.3.5 水提液及光对南美蟛蜞菊幼苗生长的影响(实验3)55-57
• 2.3.6 野外南美蟛蜞菊种子萌发情况(实验4)57
• 2.4 小结57-61
• 2.4.1 南美蟛蜞菊克隆繁殖和有性繁殖的权衡58-59
• 2.4.2 限制南美蟛蜞菊幼苗更新的机制59-61
• 第三章 自身凋落物对南美蟛蜞菊无性繁殖及竞争的调控61-81
• 3.1 前言61-62
• 3.2 材料与方法62-65
• 3.2.1 材料62
• 3.2.2 种子萌发及幼苗生长实验62-63
• 3.2.3 假臭草幼苗生长实验63
• 3.2.4 同质园竞争实验63-64
• 3.2.5 南美蟛蜞菊茎段生长实验64-65
• 3.2.6 南美蟛蜞菊叶片水提液抑菌试验65
• 3.2.7 南美蟛蜞菊叶片水提液成分分析65
• 3.3 结果65-79
• 3.3.1 南美蟛蜞菊叶片水提液对种子萌发及幼苗生长的影响65-66
• 3.3.2 南美蟛蜞菊叶片水提液对假臭草生长的影响66-68
• 3.3.3 南美蟛蜞菊及其叶片水提液对竞争者生长的影响68-69
• 3.3.4 南美蟛蜞菊叶片水提液对其种内竞争的影响69-70
• 3.3.5 南美蟛蜞菊叶片水提液对种间竞争的影响70-71
• 3.3.6 南美蟛蜞菊水提液对自身茎段生长的影响71-72
• 3.3.7 南美蟛蜞菊叶片水提液抑菌实验72-75
• 3.3.8 南美蟛蜞菊叶片水提液成分分析75-79
• 3.4 小结79-81
• 第四章 南美蟛蜞菊克隆整合对光异质性及赤霉素的响应81-91
• 4.1 前言81-82
• 4.2 材料与方法82-83
• 4.2.1 南美蟛蜞菊分株添加外源赤霉素82
• 4.2.2 南美蟛蜞菊茎段的低光处理及添加赤霉素82-83
• 4.3 结果83-89
• 4.3.1 赤霉素对南美蟛蜞菊分株形成的影响83-85
• 4.3.2 南美蟛蜞菊的克隆整合85-87
• 4.3.3 赤霉素对南美蟛蜞菊克隆整合的影响87-88
• 4.3.4 南美蟛蜞菊克隆整合对低光胁迫的响应88-89
• 4.4 小结89-91
• 第五章 赤霉素对南美蟛蜞菊无性繁殖的作用91-111
• 5.1 前言91-93
• 5.2 材料与方法93-95
• 5.2.1 植物材料与实验设计93-94
• 5.2.2 内源赤霉素含量的测定94
• 5.2.3 根活力的测定94-95
• 5.3 结果95-109
• 5.3.1 南美蟛蜞菊及本地蟛蜞菊内源赤霉素含量比较95
• 5.3.2 赤霉素对南美蟛蜞菊不定根初期生长情况的影响95-97
• 5.3.3 赤霉素对南美蟛蜞菊茎段长期生长的影响97
• 5.3.4 内源赤霉素在南美蟛蜞菊根及茎生长中的作用97-99
• 5.3.5 赤霉素对南美蟛蜞菊根活力的影响99-100
• 5.3.6 赤霉素对南美蟛蜞菊侧根生长的影响100-101
• 5.3.7 赤霉素对本地蟛蜞菊生长的影响101-102
• 5.3.8 GA及PAC对本地蟛蜞菊不定根活力的影响102-106
• 5.3.9 赤霉素对其它入侵植物生长及根活的影响106-109
• 5.4 小结109-111
• 5.4.1 赤霉素促进南美蟛蜞菊快速生长109-110
• 5.4.2 对外来植物入侵的启示110-111
• 第六章 南美蟛蜞菊无性繁殖中赤霉素对其抗病性的作用111-122
• 6.1 前言111-112
• 6.2 材料与方法112-113
• 6.2.1 实验设计112-113
• 6.2.2 数据收集113
• 6.2.3 根活力的测定113
• 6.3 结果113-120
• 6.3.1 南美蟛蜞菊及本地蟛蜞菊离体叶片抗病原真菌能力比较113-116
• 6.3.2 病原真菌胁迫下赤霉素对南美蟛蜞菊叶片生长的影响116-117
• 6.3.3 病原真菌胁迫下赤霉素对南美蟛蜞菊茎生长的影响117-118
• 6.3.4 病原真菌胁迫下赤霉素对南美蟛蜞菊根生长的影响118-119
• 6.3.5 病原真菌胁迫下赤霉素对幼苗根活力的影响119-120
• 6.4 小结120-122
• 第七章 结论与展望122-129
• 7.1 南美蟛蜞菊的有性繁殖122
• 7.2 南美蟛蜞菊的无性繁殖122-123
• 7.3 南美蟛蜞菊的繁殖策略选择及对其防控的启示123-125
• 7.4 植物入侵的潜在新机制125-127
• 7.5 论文主要创新点127
• 7.6 不足与展望127-129
• 参考文献129-149
• 致谢149-150
• 附录A 溶液及培养基配方150-152
• 附录B 实验仪器及试剂152-155
• 在学期间发表的学术论文及其它科研成果155-156

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