【摘要】：由于生物入侵严重威胁入侵地的生态环境、社会经济甚至人类健康,目前日益受到各国政府、国际组织以及学术界的高度重视,现已成为当今世界面临的三大环境问题之一。刺苍耳(Xanthium spinosum L.)是一种原产于南美洲的世界性杂草,目前广泛分布于欧洲的中部和南部以及西北太平洋地区。1932年,其野生归化种群在我国的河南省周口市郸城县被首次发现,现已广泛分布于我国北方的广大地区。刺苍耳生态适应性强,结实量大,经常成为群落中的优势物种,并且由于总苞密生倒钩刺,易附着于牛、羊等动物皮毛上,果实扩散迅速,因此对入侵地的农林畜牧业和生物多样性造成了严重危害,现已被列入了《中华人民共和国进境植物检疫性有害生物名录》。尽管国内外学者在刺苍耳的生态适应性和竞争能力等方面开展了许多有益的研究工作,然而,有关刺苍耳繁殖生态学的研究尚未见报道。大量研究表明,生殖特性通常是外来植物成功入侵的关键因素,故本文通过比较外来入侵植物刺苍耳与本地同属植物苍耳(Xanthium sibiricum Patr.)的繁殖生态学特性,以期探查出刺苍耳成功定殖及扩散的繁殖生态学机理。本研究的主要结论如下:1.无论是在个体水平还是种群水平上,刺苍耳雌花和雄花的花期持续时长均显著长于苍耳,二者花期时长相差一个月左右。个体水平上,刺苍耳的雄花和雌花花期(80d和85 d)比苍耳的(49 d和60 d)分别长约31 d和25 d。种群水平上,刺苍耳的雄花花期和雌花花期(91 d和100 d)比苍耳的(65 d和73 d)分别长约26 d和27 d。长花期可降低由于恶劣天气等外界条件影响导致的传粉失败的风险,显著提高了刺苍耳成功传粉受精的机会。此外,刺苍耳与苍耳在开花时间上较高程度的重叠。个体水平上,刺苍耳的雄花花期与苍耳的雄花花期的重叠天数为42 d,刺苍耳的雌花花期与苍耳的雌花花期的重叠天数为55 d,刺苍耳的雄花花期与苍耳的雌花花期的重叠天数为59 d;种群水平上,刺苍耳种群的雄花花期与苍耳种群的雄花花期的重叠天数为58 d,刺苍耳种群的雌花花期与苍耳种群的雌花花期的重叠天数为69 d,刺苍耳种群的雄花花期与苍耳种群的雌花花期的重叠天数为71 d。开花时间上较高程度的重叠极有可能造成二者的杂交繁殖,有可能导致本地物种苍耳的减少或灭绝,甚至改变其进化的方向。2.野外调查发现刺苍耳与苍耳均为风媒传粉植物。重力载玻片法测定结果显示:刺苍耳和苍耳的花粉散播均呈单峰曲线模式,花粉散播的数量均随着距离的增加先增加而后减少。在平均风速为0.89 m/s的微风条件下,刺苍耳花粉随风散播的最远距离为34m,苍耳花粉随风散播的最远距离为40 m。然而,刺苍耳的花粉散播总量比苍耳的花粉散播总量高22.87%,尤其是在0~8 m范围内,刺苍耳的花粉散播数量比苍耳的花粉散播数量高67.5%。由于刺苍耳植株在群落中往往呈高密度聚集性分布,因此其散播出的大量花粉将显著地增加其种群内异交成功的可能性,有助于产生更多的异交种子,提高其后代的环境适应性。3.刺苍耳柱头可授期的持续时长(10 d)比苍耳柱头可授期的持续时长(9 d)长1d。在同一天内,刺苍耳花粉活力的维持时间比苍耳花粉的长约1 h,在8:00~14:00间二者的花粉活力无显著差异,但在16:00后,刺苍耳的花粉活力始终显著高于苍耳的花粉活力,并且从早上08:00至晚上20:00的长达12 h里,刺苍耳的花粉活力均可维持在75%以上,最高可达99%。此外,刺苍耳的单株花粉粒总数高达26,504,809±3,704,981粒,约为苍耳单株花粉粒总数(18,158,808.86±4,654,836)的1.46倍;刺苍耳单株的胚珠总数平均约为21,516±2,010个,约为苍耳单株的平均胚珠总数(1,462±94)的14.72倍。与此同时,刺苍耳的柱头表面积比苍耳的柱头表面积小约2%,但是刺苍耳的花粉粒横截面积比苍耳的花粉粒横截面积小约14.5%,因此刺苍耳的柱头表面积与花粉粒横截面积的比值(S/C)比苍耳的S/C值高12.3%,大大增加了刺苍耳柱头捕获花粉粒、成功授粉受精的概率。刺苍耳能够在相对较长的时间里维持较高的花粉活力,还能维持较长时间的柱头可授期,并且刺苍耳在单株花粉粒总数和单株胚珠总数较苍耳也具有十分显著的优势,还具有较高的S/C值,这些特点大大提高了刺苍耳成功授粉受精的机会。4.苍耳繁殖器官(果实和雄花序)的生物量(干重)占植株总生物量(干重)的比重(繁殖分配比例)约为47.12%,而刺苍耳繁殖器官的生物量(干重)占其总生物量(干重)的比重(繁殖分配比例)约为55.39%,比苍耳的繁殖分配比例高出约17.55%,这说明了刺苍耳将超过半数的资源投资用于繁殖产生后代,可显著提高刺苍耳繁殖成功的概率,提高其入侵能力。并且,刺苍耳单株果实的平均数量高达21232粒,而苍耳单株的种子平均数量仅为1404粒,刺苍耳单株产生的种子数量远远多于苍耳(约15.12倍)。刺苍耳高的结实量,有助于其在侵入地迅速定殖与扩散繁衍。5.刺苍耳的自交结实率与异交结实率分别为97%和80%,高于苍耳的自交处理结实率(93%)和异交处理结实率(76%),说明无论是自交还是异交,刺苍耳均可大量结实,并且相对于苍耳均具有一定的优势,这种灵活的交配机制显著增强了其繁殖成功的概率,能够保证刺苍耳产生尽可能多的种子。刺苍耳的自交处理结实率显著地高于其异交处理结实率,自交能够降低外界因素对繁殖的干扰,从而达到迅速成功繁殖的目的;而刺苍耳高达80%的异交结实率,对刺苍耳避免自交衰退,提高其后代的适合度具有积极意义。刺苍耳与苍耳均不具有无融合生殖的特性。综上所述,与本地同属植物苍耳相比,外来入侵植物刺苍耳在开花物候、传粉媒介、柱头可授性、花粉活力、柱头表面积与花粉粒横截面积的比值、繁殖分配、繁育系统等繁殖生物学特性指标上都表现出了显著的优势,具有很强的有性繁殖能力,这可能是其成功入侵的重要原因之一。
【学位授予单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948
【图文】：
刺苍耳和苍耳花粉传播距离Figure3-1Pollen-dispersaldistancesofXanthiumspinosumandXanthiumsibiricum.
刺苍耳和苍耳的花粉活力日变化格局的比较
【参考文献】
相关期刊论文 前10条
1 郭红超;严成;魏岩;;木地肤的开花动态与花粉活力及柱头可授性研究[J];草业学报;2014年04期
2 周明冬;秦晓辉;;有害入侵生物刺苍耳的危害与控制[J];新疆农业科技;2014年03期
3 董芳慧;刘影;蒋梦娇;李海冰;胡云霞;;入侵植物刺苍耳对小麦和苜蓿种子的化感作用[J];干旱区研究;2014年03期
4 郭开发;莫善明;宋华海;曾怡然;;阿拉山口口岸2012年交通工具及旅客携带物疫情截获分析[J];检验检疫学刊;2014年02期
5 胡长松;季琴琴;陈瑞辉;伏建国;周明华;;2009~2011年全国进境货物截获杂草疫情分析[J];植物检疫;2014年01期
6 梁小松;周明华;张呈伟;郑安明;李浩;;江苏口岸截获外来杂草疫情分析与建议[J];植物检疫;2014年01期
7 胡伟毅;邵套喜;;matK序列作为DNA条形码在苍耳属中的应用[J];杂草科学;2013年04期
8 孙颖;王阿香;刘颖竹;卓丽环;;大花百子莲的开花物候与生殖特性[J];西北植物学报;2013年12期
9 邵振宗;张莉;郭开发;;阿拉山口口岸近3年检疫性有害生物疫情通报[J];新疆农垦科技;2013年10期
10 郑美林;曹伟;;中国东北地区外来入侵植物的风险评估[J];中国科学院大学学报;2013年05期
相关会议论文 前1条
1 王进军;蒋红波;;国内四种主要危险性外来入侵生物研究进展[A];庆祝重庆市植物保护学会成立10周年暨植保科技论坛论文集[C];2007年
相关博士学位论文 前1条
1 郝建华;部分菊科入侵种的有性繁殖特征与入侵性的关系[D];南京农业大学;2008年
相关硕士学位论文 前6条
1 林慧;意大利苍耳（Xanthium italicum Moretti）和苍耳（Xanthium sibiricum Patr.ex Widd）繁殖生态学特性的比较研究[D];石河子大学;2018年
2 冯佩;两组入侵植物与其近缘种解剖特征的生态适应性[D];河南科技大学;2014年
3 吴磊;黄山风景区外来植物入侵风险的研究[D];安徽农业大学;2012年
4 王红梅;不同地理来源野生黄花苜蓿形态学、解剖学比较研究[D];内蒙古农业大学;2009年
5 黄秋生;外来植物野茼蒿的入侵生物学及其综合管理研究[D];浙江师范大学;2008年
6 李庆;几种胡枝子的旱盐逆境生理学研究[D];北京林业大学;2004年
本文编号：
2768167
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/swxlw/2768167.html
