意大利苍耳与苍耳种子生态学特性的比较研究

发布时间：2020-10-01 15:33

　　意大利苍耳(Xanthium italicum Moretti)、苍耳(Xanthium sibiricum Widd)均属菊科(Compositae)苍耳属(Xanthium L.)一年生草本植物。意大利苍耳于1991在我国首次被发现,此后意大利苍耳迅速在我国蔓延开来,对入侵地生物多样性以及农业生产造成严重危害,1997年被列为我国入境检疫类有害生物。大量研究表明,种子生态学特性对植物的生长、繁殖和扩散具有重要意义。故本文对意大利苍耳的种子生态学特性进行了探究,并与其同属本地植物苍耳进行比较,旨在探寻其成功入侵及快速扩散的种子生态学依据。本实验研究结果如下:1、从成熟早期、中期到晚期,两种植物的果实百粒重、长度和宽度均呈显著递增的趋势,对比苍耳的总苞比(约61—69%),意大利苍耳果实中总苞占更大的比重(约63—80%),因此,意大利苍耳的果实较苍耳拥有更大的体积与质量,减少了其通过土壤缝隙掉入深层土壤的机会。同时,浸水10h后测定两种植物果实的吸水量发现,意大利苍耳果实可以利用其总苞在适合条件中储存比苍耳(36%)更多的水分(48%),有助于其从环境中有效捕获水分,便于内部种子的萌发。2、通过比较不同成熟度(成熟早期、中期和晚期)的种子活力(萌发率),我们发现苍耳在成熟早期、中期的萌发率较低,仅能达到意大利苍耳的50%;而意大利苍耳的种子没有休眠,果实成熟后完成脱水,一旦落置在适宜的环境中即可萌发。3、意大利苍耳和苍耳种子每年在9—10月完全成熟,成熟后可维持植冠种子库长达9个月之久。实验中发现,苍耳果实在完全成熟后的1个月内(9—10月),脱落了近65%的果实,宿存率在至次年3月其植冠宿存率仅为保持在约16%。而意大利苍耳果实在成熟当年的脱落率仅为34%,66%的果实宿存至次年,于次年4月迎来密集性脱落(56.7%)。鉴于意大利苍耳种子没有休眠习性,形成规模可观的植冠种子库并于春季到来时集中脱落,对于其种子的有效萌发和幼苗存活具有重要意义。同时,意大利苍耳具有更发达的扩散结构,在野外其散落于地表的果实常呈团分布,因此,动物和重力作为其扩散媒介,使其在长距和短距的扩散中均占有优势。4、意大利苍耳和苍耳对于不同的环境因子(温度、光照、土壤水分以及土壤盐分)均表现出不同的适应性对策:(1)意大利苍耳和苍耳种子的温度生态幅在萌发阶段非常宽泛,二者在10—35℃环境中均可萌发,但无论是在高温还是低温环境中,意大利苍耳的种子更具有萌发优势,其中在低温(10—15℃)环境中,意大利苍耳的萌发率一直显著大于苍耳,在高温(30—35℃)环境中,除苍耳上位种子(65%)外,其他三种类型种子萌发率均高达100%,但高温促进意大利苍耳萌发速度加快。因此,意大利苍耳对于环境温度的适应力更强,从早春到盛夏期间其可利用任何有利的降水、升温等有利条件快速萌发成苗。(2)苍耳的种子为光中性种子,意大利苍耳相较苍耳对光照更加敏感。在深层土壤环境中,意大利苍耳种子萌发率仅为40%,然而当深层土壤中的种子由于干扰而接近土壤表层时,其萌发率可以达到100%,这使得其经常入侵扰动频繁的地区。同时,在郁闭的植冠下方环境中,意大利苍耳种子的萌发率为66%,这可能是其为避免幼苗出土后所面临的激烈种间或种内竞争的一种适应性对策。(3)两种植物的种子萌发对土壤水分的耐受幅度都比较宽,在35%的PEG浓度条件下,意大利苍耳有近40%的下位种子依然可以萌发。土壤水分丰沛时,两种植物的下位种子与对照组无差异;而在土壤水势较低时,意大利苍耳萌发率略高,萌发速度显著大于苍耳,因此,宽泛的水分需求是意大利苍耳种群之所以能够快速扩张的一个重要原因。(4)意大利苍耳与苍耳在种子萌发阶段均表现出了较强的耐盐性。随着土壤NaCl浓度的升高(NaCl浓度为160-280 mmol/L),两种植物种子的萌发率呈明显下降趋势,但意大利苍耳的萌发率和萌发速度始终显著高于苍耳。同时,苍耳在大多数处理下上、下位种子间萌发率有显著差异,这说明在种子萌发阶段意大利苍耳对土壤盐分的耐受性明显强于苍耳,使得该外来植物的种子在中度盐渍化土壤中依然可以大面积建立种群。(5)意大利苍耳种子体积大,所含营养丰富,其中可溶性蛋白含量显著高于同属植物苍耳,而种子中可溶性糖和脂肪的含量则无种间的差异,这一现象可能是意大利苍耳能够快速萌发、迅速生长的生理优势。综上,意大利苍耳具有规模可观的植冠种子库,果实总苞占比大易储存水分;总苞扩散结构更发达,种子易传播且无休眠习性;种子所含营养丰富,其中可溶性蛋白含量显著高于同属植物苍耳,对温度、土壤水分以及土壤盐分的耐受能力强等生态学特性,显著提高了意大利苍耳种子萌发及幼苗成功定植的机率,为意大利苍耳成功入侵和快速扩张提供保障。
【学位单位】：石河子大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q948.1
【部分图文】：

苍耳,意大利,成熟度,显著水平

and X.sibiricum：表中不同小写字母表示某种植物的不同处理间数值的差异达到显著水平(P＜0.0大写字母表示同一成熟度两种植物的测量数值差异达到显著水平(P＞0.05)。均值±标准差 Mean ± SD意大利苍耳苍耳早期 Early 中期 Middle 晚期 Later 早期 Early 中期 Middle 27.59±0.76 Ac38.90±0.82 Ab43.61±0.84 Aa14.74±0.32 Bc15.58±0.84 Bb23.27±0.95 Ab25.62±0.63 Aa27.56±0.90 Aa13.49±0.45 Bb13.37±0.40 Bb13.05±0.6 Ab14.95±0.38 Aa15.44±0.72 Aa7.36±0.31 Bb7.28±0.56 Bb0.25±0.01 Bc0.35±0.02 Bb0.57±0.03 Ba0.45±0.02 Ab0.60±0.05 Aa20.04±0.25 Bc25.62±0.91 Bb36.39±0.33 Aa30.91±0.01 Ab38.23±0.77 Aa80.30±0.87 Aa74.38±0.91 Ab63.59±1.34 Ac69.18±0.91 Ba62.42±2.08 Bb

苍耳,总苞,意大利,显微结构

图 3-1. 意大利苍耳的总苞显微结构（25×）Fig. 3-1 Micro observation of involucre of X.italicum（25×）可以看出，苍耳果实成熟后呈椭圆形，百粒重 18.117±0.511 g， mm，宽 9.078±0.481 mm（表 2-1）。苍耳果实顶端具 2 个喙，有形，质地坚硬，上端略呈镰刀状，常不等长。总苞刺较稀疏，0.5 mm，顶端同样具有 C 字形倒钩，基部被短柔毛或腺点，或全

苍耳,总苞,显微结构

【参考文献】