菊科植物野茼蒿、小飞蓬、藿香蓟种子入侵特征的研究

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生物入侵被列为全球最大的环境问题之一,不仅对农业生产造成巨大的危害,同时也会对生态环境产生巨大的影响。本研究以西双版纳地区同域分布三种菊科(Compositae)入侵杂草野筒篙(Crassocephalum crepidioides)、小飞蓬(Conyza canadensis)、藿香蓟(Ageratum conyzoides)为研究对象,结合西双版纳气候高温多雨的特点,探究这三种植物种子的萌发条件,萌发对高温、干旱胁迫的反应,种子寿命和三种植物的化感作用,以期从种子生物学的角度揭示这三种杂草能够成功入侵西双版地区的原因,为这三种杂草在西双版纳地区的入侵性风险的评估提供理论依据.  在萌发生态的实验部分,比较研究了野茼蒿、小飞蓬、藿香蓟三种入侵植物种子最适萌发条件,抗高温和抗水分胁迫的能力。研究表明:1)这三种植物种子萌发的温度范围都很广,在15℃-30℃温度范围内均有很高的萌发率和成苗率,但在低温10℃下,不同物种之间有一定差异,藿香蓟种子的萌发率与成苗率受到明显的抑制,而野茼蒿与小飞蓬萌发率与成苗率无显著变化。在高温度35℃条件下,三种种子的萌发率与成苗率受到明显的抑制,野茼蒿与小飞蓬种子萌发几乎完全被抑制,但是藿香蓟仍有近25%的种子萌发并成苗;2)光照是野茼蒿和藿香蓟种子萌发一个非常重要的条件,无光条件下,野茼蒿与藿香蓟种子抑制作用明显,但是小飞蓬种子在无光照的条件下仍具有很高的萌发率。3)这三种植物的种子对高温和水势胁迫都有很好的耐性,风干种子在经过70℃的高温处理后还有超过70%的种子萌发,在-0.6MPa的低水势环境下,这三种种子均能萌发;藿香蓟种子在NaCl造成的水势胁迫低于-0.8MPa时,仍然有很高的成苗率和萌发率,其种子相对于野茼蒿与小飞蓬种子更能耐受周期性高温和低水势胁迫。  在种子的寿命与老化研究部分,我们采用了野外和室内实验比较的方法。野外埋藏的实验表明,随着埋藏时间的延长,这三个物种的种子活力均有所降低,但是不同物种和不同生境埋藏下种子的寿命差异明显。埋藏在森林中的种子寿命明显长于在旷地的种子。野茼蒿种子不管是在森林还是旷地环境下,其野外生存活力远低于小飞蓬与藿香蓟种子。室内人工老化的实验研究表明:1)温度和水分是影响这三种杂草种子寿命的两个关键因素,储存环境温度越高,湿度越大,种子老化速度越快,在高温高湿(35℃,86%RH)环境下这三种杂草种子储存3周后便完全失活。2)相对于野茼蒿和小飞蓬种子,藿香蓟具有更强高温适应能力,种子寿命更长,在环境湿度为23%RH与54%RH时,三个温度下藿香蓟种子储存11个月后均还有超过70%的萌发率与成苗率,而野茼蒿与小飞蓬种子的萌发率与成苗率均低于50%,尤其是在高温35℃环境下,萌发率降低到不足30%。  在化感作用部分,研究了野茼蒿、小飞蓬、藿香蓟叶片水提取液对本土植物(垂叶榕、对叶榕)、农作物(水稻、小白菜)以及同域分布入侵性杂草(鬼针草)种子萌发的影响。研究表明,1)野茼蒿、小飞蓬、藿香蓟这三种入侵植物的叶片水提取液都具有明显的化感作用,且供体、受体、与剂量之间存在极显著的交互作用(p<0.001),除了鬼针草外,其他植物种子的成苗率均明显受到藿香蓟叶片水提取液的抑制,藿香蓟相对野茼蒿与小飞蓬具有更加宽泛的化感作用。2)这三种植物的化感作用强度与其叶片水提取液的浓度有关,显示出明显的剂量效应,低浓度的叶片水提取液对种子萌发的影响较小,叶片水提取液浓度越高,抑制作用越强。3)通过对这三种植物叶片水提取液对自身种子萌发的影响研究发现,三种植物存在明显化感自毒效应,尤其是野茼蒿和藿香蓟。  以上研究表明,野茼蒿、小飞蓬、藿香蓟耐高温、能够在多种胁迫条件下萌发且能够适应版纳地区高温多雨的气候条件,是这三种植物能够成功入侵西双版纳地区的一个至关重要的因素,同时这三种植物的叶片水提取液具有显著化感作用,这为其成功入侵提供了强有力的武器,另外,这三种植物的种子寿命也对三种植物形成入侵具有帮助,尤其是对藿香蓟。这三种植物种子萌发生态、化感作用、种子寿命的差异,可能是影响这三种植物分布和危害差异的一个重要原因。藿香蓟对版纳地区的气候更为适应,潜在威胁能力更强。很可能形成区域性的恶性杂草,而野茼蒿在版纳地区为中性入侵类杂草。
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