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生物入侵目前已经遍及全球几乎所有农业和自然生态系统,并对生态系统的生物多样性和生产力带来了严重威胁,因此生物入侵作为全球性问题已经引起世界各国和国际组织的广泛关注,而外来植物入侵或杂草的入侵是其中的重要方面。刺苋(Amarantnus spinosus L.)是苋科苋属一年生草本植物同时也是西双版纳地区常见的外来入侵杂草,而同属植物苋菜(Amarantnus tricolor L.)也是外来植物,在热带、亚热带地区广泛栽培,但是在西双版纳地区并没有像刺苋那样发展成恶性入侵杂草。种子萌发是植物生长过程中的一个重要阶段,同时,也是外来植物入侵过程中的重要环节。本研究以同域分布的刺苋和苋菜各两个品种为材料,结合西双版纳热带高温的特点,比较这两种植物的种子寿命,萌发条件,及萌发对高温、干旱胁迫和化感物质的反应,从种子生物学的角度分析刺苋能够入侵成功的原因,为刺苋的综合治理提供理论依据,并解释苋菜为何在西双版纳没有发展为刺苋那样的杂草。 在种子萌发生态部分,该研究设计了一序列实验室实验来比较刺苋和苋菜种子在萌发条件和高温耐性方面的不同。结果发现:刺苋和苋菜种子对高温和干旱均有着很强的适应性,风干的刺苋和苋菜种子经过70℃高温处理30min后仍有很高的萌发率和成苗率,但是刺苋种子对周期性高温和连续性高温(45℃)的耐性以及抗吸涨-回干处理的能力强于苋菜种子。同时,刺苋和苋菜种子均具有很宽的萌发温度范围,在10-40℃条件下均能萌发,而且,在光照和黑暗条件下都有很高的萌发率;不同的是,刺苋种子萌发随温度升高而升高,在35℃时达到最大,40℃时显著降低,而温度对苋菜种子萌发的影响很小,因此,苋菜种子在10℃、15℃、40℃的萌发明显优于刺苋。另外,这两种植物种子萌发对水分胁迫的反应存在显著差别,-0.6MPa的低水势可以完全抑制刺苋的萌发,但对苋菜种子却几乎没有抑制作用。 在种子寿命部分,该研究开展了野外种子埋藏实验和种子人工老化实验来比较这两种植物种子的差别。在三个温度(15℃、25℃、35℃)和三个相对空气湿度(RH23%、54%、85%)共9种组合条件下进行的老化实验表明,刺苋和苋菜种子具有相同的老化规律,即在低温低湿(15℃/23%RH)条件下贮藏12个月,其萌发率和成苗率无明显变化,在高温高湿(35℃/85%RH)情况下种子老化迅速,萌发率和成苗率显著降低。但是,在森林和空旷地两种生境中进行的种子埋藏实验发现了刺苋和苋菜种子显著不同的特点:埋藏在野外的刺苋种子始终保持静止状态,取回实验室后进行萌发测试,发现其活力并没有随埋藏时间的延长而降低,经过了一年的埋藏后,种子仍保持很高的萌发率和成苗率;而这两种生境中的苋菜种子在埋藏后3-5周内就几乎全部萌发,但因为萌发的幼苗不能出土而成为无效萌发。 在化感作用部分,实验选用了绿刺苋、红苋菜、星油藤3种植物叶片作为化感作用的供体,选取小白菜、刺苋(红、绿两个品种)、苋菜(红、绿两个品种)、鬼针草、飞机草、对叶榕共8种植物种子作为化感作用的受体,研究入侵种刺苋和非入侵种苋菜在化感作用方面的差别。结果表明:(1)这3种植物叶片对这8种植物种子萌发均有化感作用,表现为降低萌发率和成苗率,而且随着水提取液浓度的升高,其抑制作用越明显;(2)不同植物种子(受体)对同一化感物质(供体)的敏感性存在差别,同一植物种子(受体)对不同化感物质(供体)的敏感性也不一样,据此可以将这8种植物种子(受体)分为3组,即小白菜、红苋菜、鬼针草种子萌发对3种植物叶片水提取液敏感度顺序相一致,为红苋菜>星油藤>绿刺苋,绿苋菜、红刺苋、飞机草种子萌发对3种植物叶片水提取液敏感度顺序相一致,为绿刺苋>红苋菜>星油藤,而绿刺苋、对叶榕种子萌发对3种植物叶片水提取液敏感度顺序相一致,为红苋菜>绿刺苋>星油藤。 由此得出结论,与苋菜相比较,刺苋种子具有更强的高温耐性,在中等水分胁迫条件下萌发就被抑制,能够形成较持久的土壤种子库,是其成为入侵种的有利因素;苋菜种子虽然与刺苋一样具有很强的高温耐性和抗老化能力,其叶片水提取液也具有抑制多种植物种子萌发的作用,而且,与刺苋相比较,苋菜种子具有在更低水势和温度胁迫下萌发的特点,但是由于其为栽培品种,其能够在更广泛环境条件下萌发的能力是通过人工选择获得的,而不是自然选择的结果,苋菜种子的这些萌发特性不能与西双版纳的气候相适应,不能形成有效的土壤种子库,是导致其未能在西双版纳发展成为入侵种的重要原因。