异质光照下克隆整合对入侵植物南美蟛蜞菊的化感作用研究

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随着世界各国贸易和运输量的增加,植物入侵已成为全球生态系统最严重的威胁之一。当具有克隆生长能力的外来植物入侵新的生境时,相互连接的分株可能受到异质光照的影响。已有研究表明化感作用是外来植物入侵的重要机制之一。然而,在异质光照条件下,克隆整合对入侵植物化感作用的影响尚不清楚。南美蟛蜞菊(Wedelia trilobata)作为克隆植物,不仅能依靠匍匐茎进行克隆整合,而且具有较强的化感作用,可以通过分泌化感物质抑制本地植物的生长和发育。在异质光照环境中,处于高光照下的分株可以通过匍匐茎与低光照下的分株共享水、碳水化合物和光合产物等资源。而化感物质(如有机酸)的合成大部分与植物的碳水化合物代谢有关。因此,本文以入侵植物南美蟛蜞菊和其同属本地种蟛蜞菊(W.chinensis(Osbeck.)Merr.)为研究对象,研究了异质光照条件下克隆整合对南美蟛蜞菊和蟛蜞菊化感作用的影响,进一步探究了外来入侵植物的入侵机制。这将有助于保护生态系统免受植物入侵的负面影响。本论文主要研究内容和研究结果:(1)异质光照条件下两种菊类在匍匐茎连接或切断时对相邻番茄地下根系的影响。相比于对照,当匍匐茎切断时,与南美蟛蜞菊或蟛蜞菊的年轻分株相邻生长番茄的株高显著减少了31.3%和22.4%,细根长显著减少了26.1%和23.2%。同时,根系氧化损伤指标(丙二醛含量MDA、超氧阴离子O2·–、过氧化氢含量H2O2)以及抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD;过氧化物酶POD;过氧化氢酶CAT;抗坏血酸过氧化物酶APX)活性显著上升,其中MDA分别上升了103.1%和48.3%、SOD上升了12.2%和4.2%。结果表明番茄根系受到了两种菊类的化感胁迫,体内活性氧平衡被打破,抗氧化酶系统被激活。匍匐茎切断时,与南美蟛蜞菊相邻生长的番茄比与蟛蜞菊相邻生长的番茄根系形态,抗氧化酶活性的变化更显著,株高,细根长分别减少了12.3%和4.4%,SOD与MDA上升了8.4%和37.2%。表明南美蟛蜞菊的化感作用强于蟛蜞菊。当与南美蟛蜞菊相邻生长时,匍匐茎连接的南美蟛蜞菊对邻近番茄的负面影响显著大于匍匐茎切断时的负面影响,相比于匍匐茎切断,连接时邻近番茄株高、细根长分别减少了11.1%和28.4%,SOD、MDA分别增加了8.1%和24.3%。而当与蟛蜞菊邻近生长时,匍匐茎切断与否对番茄无显著影响,表明异质光照下克隆整合只增强了南美蟛蜞菊对邻近番茄根系的化感抑制作用。(2)异质光照条件下两种菊类在匍匐茎连接或切断时对相邻番茄光合生理的影响。同对照组相比,匍匐茎切断时,与南美蟛蜞菊相邻生长的番茄和与蟛蜞菊相邻生长的番茄单位质量叶片氮含量、叶绿素含量,最大净光合速率,叶绿素荧光参数均显著降低。表明两种菊类都对番茄植物的叶片光合生理产生了显著的化感抑制作用。可能是番茄根系对水、氮等营养物质的吸收减少,影响了叶绿素合成,阻碍了光合作用。匍匐茎切断时,与南美蟛蜞菊相邻生长的番茄同与蟛蜞菊相邻生长的番茄相比,发现与南美蟛蜞菊相邻生长的番茄植株叶片所受负面影响更显著。可能是南美蟛蜞菊分泌的化感物质更持续和稳定,负面影响更长久。对比匍匐茎切断和连接时南美蟛蜞菊对邻近番茄叶片的影响,结果表明异质光照下克隆整合可能增加了南美蟛蜞菊化感物质的分泌。(3)异质光照条件下两种菊类在匍匐茎连接或切断时对相邻番茄生物量及其分配的影响。同对照组相比,匍匐茎切断时,与南美蟛蜞菊和蟛蜞菊的年轻分株相邻生长时,番茄植株的生物量积累显著降低,其中与南美蟛蜞菊相邻生长的番茄植株降幅最大(减少了60.3%)。表明南美蟛蜞菊和蟛蜞菊通过影响番茄根系吸收和叶片光合作用,最终导致邻近番茄植株的生长受抑制,且南美蟛蜞菊具有更强的负面效应。对比匍匐茎切断时和连接时南美蟛蜞菊和蟛蜞菊对邻近番茄的影响,结果表明克隆整合对入侵种南美蟛蜞菊的化感作用有显著影响,而蟛蜞菊的变化不显著。以上结果表明,异质光照下克隆整合提升了南美蟛蜞菊对邻近番茄的化感抑制作用。这个结果有助于认识克隆整合对入侵植物入侵性的影响。
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