加拿大一枝黄花与近缘种形态与根际微生物差异性及其适生预测分析

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外来植物入侵作为21世纪五大全球性环境问题之一,对生物多样性、社会经济发展和人类健康已经造成严重负面影响。其中,加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)已经在世界范围内成为一种恶性外来入侵植物,对生态环境、农业生产等构成了较大的危害,对全球化经济造成了严重的损失。本文主要阐述加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)与一枝黄花(Solidago decurrens L.)的形态结构差异以及根际微生物的差异,围绕着预测加拿大一枝黄花在我国的潜在适生区,实现对加拿大一枝黄花入侵动态的早期预警,为加拿大一枝黄花的管理与防治提供理论基础,同时分析加拿大一枝黄花入侵成功和广泛繁殖后的结果。(1)形态结构差异性分析以种植在实验室培养箱中的加拿大一枝黄花与一枝黄花植株为实验对象,采用石蜡制片法制作关于这两种植物茎、叶柄和叶的切片,利用摄像生物显微镜和扫描电镜进行分析。结果表明,加拿大一枝黄花与一枝黄花在株高、叶长、叶面积、叶柄长度方面的t值分别为7.341、10.111、4.145、-10.904,绝对值均大于t0.05(2.306),差异显著;加拿大一枝黄花的茎具有较厚的皮层、环形的维管束和较大的髓,能够帮助其提升生存和入侵能力;加拿大一枝黄花叶柄中维管束数量比一枝黄花的少,不过加拿大一枝花叶柄中木质部细胞有10层,而一枝黄花叶柄木质部细胞仅有5层,并且这两种植物在叶柄皮层方面t值为-2.308,一枝黄花叶柄皮层显著大于加拿大一枝黄花叶柄皮层;加拿大一枝黄花中脉有3个维管束,而一枝黄花中脉只有1个维管束,并且这两种植物在中脉宽度、中脉木质部宽度、中脉韧皮部宽度方面t值分别为12.746、-7.589、-4.750,绝对值均大于t0.05(2.306),差异显著;两种植物在叶片厚度、栅栏组织、海绵组织方面差异不明显,不过加拿大一枝黄花叶的栅栏组织厚度占比较大,而一枝黄花叶的海绵组织厚度占比较大;加拿大一枝黄花上表皮气孔数少于一枝黄花上表皮,而下表皮气孔数则多于一枝黄花,一枝黄花上表皮气孔数比下表皮多,而加拿大一枝黄花下表皮气孔数多于上表皮。研究结果发现,加拿大一枝黄花与一枝黄花在形态结构上存在一定的差异,也进一步说明了加拿大一枝黄花能够广泛繁殖与入侵的原因。(2)根际微生物差异性分析探究入侵植物加拿大一枝黄花和本地种一枝黄花根际微生物的差异,分析加拿大一枝黄花成功入侵后根际微生物的现状。研究收集加拿大一枝黄花与一枝黄花的根际土壤,并采用高通量测序技术对其根际土壤真菌和细菌群落结构进行分析。结果显示,加拿大一枝黄花在一定程度上改变了根际土壤细菌群落结构,增加了土壤细菌的多样性;一定程度上也降低真菌群落多样性。细菌类群分布及相对丰度在门分类水平上进行分析,得出加拿大一枝黄花变形菌门的相对丰度比一枝黄花多4.1%、在酸杆菌门多3.2%、在拟杆菌门多1.9%、在绿湾菌门多0.8%、在杆菌门多1%、芽孢杆菌门多0.3%。真菌类群分布及相对丰度在门分类水平上进行分析得出,加拿大一枝黄花木霉属的相对丰度比一枝黄花高了4%。分析对比加拿大一枝黄花与一枝黄花的根际微生物,发现加拿大一枝黄花细菌的多样性高于一枝黄花的,真菌的多样性低于一枝黄花的,可能是根际土中有益微生物数量增加,同时潜在致病菌等有害微生物数量降低,提高了加拿大一枝黄花的抗病能力。(3)加拿大一枝黄花在中国的适生区预测为了为防止入侵物种的进一步扩散,利用基于GIS的Maxent生态位模型对其进行潜在适生区的预测分析有着重大的现实意义和理论意义。本文通过实地调查和中国数字植物标本馆相关数据获得了加拿大一枝黄花在中国的地理分布信息,结合Maxent生态位模型与生物气候因子变量,对该植物在中国的适生区进行了预测。结果显示,目前加拿大一枝黄花的高度适生区主要集中在江苏省、上海市、安徽省、浙江省、江西省、广西壮族自治区北部地区、河南省东南部、湖北省东部、湖南省以及沿海海岸线,随着时间推移,2050年适生区面积可增加128186.46km~2,6.02%,2070年可增加105192.73km~2,4.94%。研究结果对预测和早期防控加拿大一枝黄花的入侵提供了依据。
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