南美蟛蜞菊、蟛蜞菊及其自然杂交种的光生态适应研究

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外来植物在生长扩散过程中,对环境中多种生态因子的适应是其入侵性形成的关键。本文通过光照控制实验,针对新近发现的入侵种南美蟛蜞菊(Wedeliatrilobata(L.)Hitchc.)与本地同属近缘种蟛蜞菊(Wedeliachinensis(Osbeck.)Merr.)的自然杂交种及其亲本的形态结构和生理生态特性对光照的生态适应进行了研究,旨在揭示南美蟛蜞菊与其入侵性相关的光生态适应策略,并评价该自然杂交种的入侵潜力,为南美蟛蜞菊的防控以及该自然杂交种的风险分析和安全评价提供科学指导。主要研究结果如下:   1、不同光照条件对三种蟛蜞菊叶片显微结构和叶绿体超微结构的影响   全光照条件下,杂交种及其亲本的栅栏组织厚度、上、下表皮气孔密度无显著差异,杂交种的叶片总厚度最大,而上表皮厚度则介于两个亲本之间。遮荫处理后,三种蟛蜞菊的叶片厚度均减小(主要是由栅栏组织的厚度减少造成),且本地种栅栏组织厚度的下降比入侵种及杂交种更显著,其下表皮气孔密度在遮荫后也显著减少。全光照条件下,三种蟛蜞菊的叶绿体超微结构无显著性差别,叶绿体呈长椭圆形或橄榄形,叶绿体膜清晰,基粒片层排列有序,几乎未见嗜锇颗粒;遮荫后,三种蟛蜞菊的叶绿体超微结构均出现一定程度的变化,主要表现为叶绿体内基粒片层叠垛致密程度增加,淀粉粒数、淀粉粒大小均增加,并出现黑色球体状的嗜锇颗粒。这些结果说明,杂交种和入侵种从叶片结构上具有类似的遮荫适应能力,且比本地种更能适应遮荫环境。   2、不同光照条件对三种蟛蜞菊生长和生物量分配的影响   遮荫处理前,入侵种和杂交种的总生物量、茎生物量、叶生物量和根生物量均无显著性差异,但本地种的这几个指标均显著低于入侵种和杂交种;三种蟛蜞菊属植物的茎、叶、根生物量分配在全光照条件下均无显著性差异,且叶面积、LAR、SLA和ULR这几个指标均无显著性差异。遮荫处理减缓三种蟛蜞菊的生长发育过程,本地种的茎长度、叶片数量和节间数量在不同光强下均显著低于入侵种和杂交种,遮荫显著减少本地种地上茎、叶部分的生物量分配,而增加入侵种和杂交种的地上部分生物量分配,从而有利于后两者在有限光强下的生长和扩张,提高其适应性和入侵力。   3、不同光照条件对三种蟛蜞菊碳、氮含量动态的影响   入侵种和杂交种在遮荫处理前后,本地种的茎、叶、根N含量均显著高于入侵种和杂交种,遮荫后,三种蟛蜞菊的茎、叶、根N含量均出现显著性上升。其中本地种的茎N含量遮荫后涨幅最大,但其叶N含量的涨幅低于入侵种和杂交种。三种蟛蜞菊属植物叶、根的C含量指标在遮荫前后均无显著性差异,但本地种茎C含量显著低于入侵种和杂交种,并在遮荫后该指标显著下降,而杂交种和入侵种的这一指标在遮荫处理前后均无显著性差异。造成此现象的原因可能是由于叶片中光合作用所固定的C元素由茎向根转运,并在茎中表现出富集,可推测杂交种和入侵种在低光照条件下仍然保持着较高的植株内部输送能力,将叶片所制造的C通过茎转运至根,但C并未最终在根系中累积;而本地种的茎、叶C含量在遮荫后与杂交种和入侵种的反应趋势均相反,推测为本地种的适应低光照环境能力较弱,内部运输光合产物的能力下降,表现出光合作用所合成的C累积在叶片中,未能及时通过茎转运而富集在茎中。   4、不同光照条件对三种蟛蜞菊叶片气体交换特性的影响   对照组的三种蟛蜞菊的净光合速率(Pn)有显著性差异,这一指标的排序为入侵种>杂交种>本地种,遮荫后的净光合速率(Pn)大小排序仍与遮荫前相同,杂交种与本地种的气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)在全光照条件下无显著性差异,但与入侵种有显著性差异,而三种蟛蜞菊属植物的胞间二氧化碳浓度(Ci)无显著性差异;进行遮荫处理后,三种蟛蜞菊的气孔导度(gs)和胞间二氧化碳浓度(Ci)均出现了上升,入侵种和杂交种的水分利用效率(WUE)遮荫后显著下降,而本地种的水分利用效率(WUE)并无显著性下降。这一系列证据表明入侵种能较好的耐受荫蔽环境,本地种并不能耐受遮荫环境,而杂交种介于两亲本之间。   5、不同光照条件对三种蟛蜞菊光合生理生化物质的影响   全光照条件下,杂交种和本地种的总叶绿素含量(TotalChl)、叶绿素a含量(Chla)、叶绿素b含量(Chlb)三指标均无显著性差异,但与入侵种存在显著性差异,且入侵种的这三指标均大于杂交种和本地种;遮荫后,三种蟛蜞菊叶片中的总叶绿素、叶绿素a、叶绿素b的含量均增加,三种蟛蜞菊叶片中的叶绿素a/b值的大小关系为本地种>杂交种>入侵种,入侵种具有较低的叶绿素a/b值,有利于其在低光条件下保持一定的光合能力;但相对于入侵种,本地种的叶绿素a/b值较高,而可溶性蛋白含量在遮荫前后均显著低于入侵种和杂交种。由此可知本地种对遮荫不耐受;而入侵种则能有效的利用有限的光资源,具有良好的抗逆性和入侵潜力;杂交种的大部分光合生理生化物质含量均处于入侵种和本地种之间,表明杂交种的适应性介于其亲本之间。   6、杂交种入侵潜力的判别分析   通过逐步判别分析(stepwisediscriminantanalysis),以总叶面积、可溶性蛋白和叶绿素a含量作为判别因子,建立入侵种、本地种和杂交种的判别模型,判别三种蟛蜞菊在不同光照条件下的入侵潜力,且无论是全光照还是遮荫条件下的预测正确率均为100%,以上各指标的判别函数系数较大。说明,杂交种在全光照和遮荫条件下的入侵潜力均较强。
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