完全水淹环境中光照和溶氧对喜旱莲子草表型可塑性的影响

光照和溶氧是水环境和陆地环境间差异显著的两个环境因子,对水淹植物的生长和存活具有重要的意义。以三峡库区常见外来入侵植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)为研究对象,考察了水体中的光照(L)和溶氧(DO)对完全水淹环境中喜旱莲子草的形态特征和生物量分配等表型可塑性的影响。实验设置水淹和非水淹对照两组处理,对水淹组的光照和溶氧两个环境因子再分别设置有(+)、无(-)以及高(+)、低(-)两种水平,共计4个处理。实验结果表明:(1)水淹可促进喜旱莲子草主茎和叶片发生可塑性反应,引发伸长生长。水淹后,其细长的主茎以及长而薄的直立叶更有利于植株早日出露水面。(2)完全水淹条件下,喜旱莲子草主茎和叶片的表型可塑性受光照和溶氧的复合影响,其中主茎的伸长生长主要受溶氧的影响,而叶片的形态变化则主要受光照影响。高溶氧处理下喜旱莲子草的主茎伸长生长显著(P0.05)。在相同光照条件下,高溶氧处理下喜旱莲子草的主茎长、节间数、节间长以及主茎长/主茎直径均明显高于低溶氧处理。不论有光还是无光,高溶氧处理下喜旱莲子草主茎长以及节间数的平均增长率均处于最高水平,分别为61.8%、34.2%。喜旱莲子草叶片的形态变化在有光处理下表现得尤为显著,其平均叶片长宽比、比叶面积以及叶倾角分别较水淹前增加了39.65%、28.3%、45.9°。(3)光照和溶氧对于喜旱莲子草不定根和分枝的发生及发展存在影响差异。有光条件下可促进植株抽枝,而高溶氧处理时更有利于植株生根。这些形态变化有助于喜旱莲子草扩大株型占据有利生境,进一步提高植株的水下存活能力。     

喜旱莲子草MSAP分析技术反应体系的建立

目的：建立一个适于研究喜旱莲子草DNA甲基化的MSAP分析体系。方法：以喜旱莲子草为材料,采用改良CTAB法提取基因组DNA,并对影响MSAP分析的关键步骤包括基因组DNA酶切反应时间、模板DNA连接产物稀释倍数、预扩增产物稀释倍数等进行了优化。结果：改良CTAB方法提取的DNA质量较好,酶切反应时间5h,酶切连接产物稀释10倍进行预扩增,预扩产物稀释10倍进行选择性扩增,所得PCR产物经6%聚丙烯酰胺电泳,条带清晰可辨,并能有效检测喜旱莲子草基因组DNA甲基化的程度和状态。结论：为研究喜旱莲子草表观遗传适应机制奠定了基础。     

喜旱莲子草和接骨草竞争对模拟增温的响应

研究外来入侵植物与本地植物种竞争对气候变暖的响应, 对于预测未来气候变化背景下入侵植物的入侵趋势、理解其入侵机制以及筛选生态替代种具有重要的意义。以入侵我国的外来植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和本地植物种接骨草(Sambucus chinensis)为材料, 通过两种植物单栽、纯栽和混栽, 采用红外辐射加热器模拟增温, 研究了两种植物竞争对模拟增温的响应。结果表明: (1)在模拟增温期间(2013年5-12月), 增温组空气平均温度比不增温组提高了0.47 ℃, 相对湿度降低了1.87%; (2)混栽的喜旱莲子草除根冠比与单栽无显著差异外, 其余各生物量和根系形态指标均显著低于单栽喜旱莲子草; 无竞争、种间竞争和种内竞争三种竞争间, 接骨草除根冠比、细根与总根生物量比、比根长和比根表面积无显著差异外, 其余指标均呈现无竞争>种间竞争>种内竞争的趋势; (3)无竞争、种间竞争和种内竞争三种条件下, 喜旱莲子草各指标在增温和不增温处理间差异均不显著, 而接骨草总生物量和根生物量在无竞争和种间竞争条件下增温处理均显著低于不增温处理, 在种内竞争条件下则相反; (4)增温使接骨草的相对拥挤系数降低, 接骨草对温度升高反应敏感, 而喜旱莲子草则表现出一定的适应性。由此推测, 在中度遮阴陆生生境中, 接骨草有望成为喜旱莲子草生物替代控制的材料。     

外源钙离子与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎形态结构的影响

外源钙离子对植物响应外界环境胁迫具有重要作用.寄生植物对入侵植物具有显著的抑制作用.以入侵植物喜旱莲子草为研究对象,采用完全随机区组的实验设计分析不同钙离子浓度与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎形态结构的影响,探讨外源钙离子在寄主植物响应寄生植物胁迫中的作用.研究结果表明南方菟丝子寄生可以显著改变喜旱莲子草茎的形态结构,如显著降低喜旱莲子草茎的总长、分枝数、分节数、茎直径和髓腔直径,显著增加茎的厚角厚度与皮层厚度.外源钙离子对喜旱莲子草茎总长、分枝数、分节数、茎直径、髓腔直径和维管束直径没有显著影响,但可增加喜旱莲子草茎的维管束数目,降低茎的节间长、厚角厚度与皮层厚度.外源钙离子与南方菟丝子寄生相互作用可以显著增加喜旱莲子草茎的厚角厚度与皮层厚度,表明南方菟丝子寄生与高浓度的钙离子对喜旱莲子草茎的厚角厚度和皮层厚度具有显著的拮抗的交互作用.这种交互作用可以提高寄主植物的防御能力,减少寄生植物对寄主植物的损伤.     

喜旱莲子草入侵群落土壤对植物生长的影响

分别以受喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵和未受喜旱莲子草入侵的当地植物群落土壤为生长基质,比较不同基质上入侵植物喜旱莲子草和同属的土著植物莲子草(A.sessilis)的生长指标,探讨喜旱莲子草入侵群落土壤对喜旱莲子草及莲子草生长的影响机制。结果表明,喜旱莲子草入侵群落土壤抑制了莲子草的生长,显著降低了根生物量、茎生物量和总生物;改变了形态特征,显著降低了分枝数量、茎长度、根长、根体积;减少了对根的生物量分配,显著抑制了根质量比与根冠比。喜旱莲子草入侵群落土壤对入侵植物喜旱莲子草的生物量、分枝数量、茎长度、根长、根体积没有显著的抑制作用,而显著增加了其叶片数量和叶质量比。这种效应将有利于喜旱莲子草在入侵地形成单优群落,表明土壤在喜旱莲子草成功入侵中起了重要作用。     

入侵种喜旱莲子草——主要天敌昆虫

喜旱莲子草是一种水陆两栖的重要入侵杂草,中国首批16种重要入侵物种之一.本文介绍了生物防治喜旱莲子草的天敌昆虫莲草直胸跳甲Agasicles hygophila、Vogtia malli、Amynothrips andersoni、阿根廷跳甲Disonycha argentinensis、Systena nitentula和虾钳菜披龟甲Cassida piperata等天敌的分类地位、形态特征、生物学、生态学特性以及国内外寄主专一性研究、释放效果与评价.     

喜旱莲子草和接骨草竞争对模拟增温的响应北大核心CSCD

研究外来入侵植物与本地植物种竞争对气候变暖的响应,对于预测未来气候变化背景下入侵植物的入侵趋势、理解其入侵机制以及筛选生态替代种具有重要的意义。以入侵我国的外来植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和本地植物种接骨草(Sambucus chinensis)为材料,通过两种植物单栽、纯栽和混栽,采用红外辐射加热器模拟增温,研究了两种植物竞争对模拟增温的响应。结果表明:(1)在模拟增温期间(2013年5–12月),增温组空气平均温度比不增温组提高了0.47℃,相对湿度降低了1.87%;(2)混栽的喜旱莲子草除根冠比与单栽无显著差异外,其余各生物量和根系形态指标均显著低于单栽喜旱莲子草;无竞争、种间竞争和种内竞争三种竞争间,接骨草除根冠比、细根与总根生物量比、比根长和比根表面积无显著差异外,其余指标均呈现无竞争>种间竞争>种内竞争的趋势;(3)无竞争、种间竞争和种内竞争三种条件下,喜旱莲子草各指标在增温和不增温处理间差异均不显著,而接骨草总生物量和根生物量在无竞争和种间竞争条件下增温处理均显著低于不增温处理,在种内竞争条件下则相反;(4)增温使接骨草的相对拥挤系数降低,接骨草对温度升高反应敏感,而喜旱莲子草则表现出一定的适应性。由此推测,在中度遮阴陆生生境中,接骨草有望成为喜旱莲子草生物替代控制的材料。     

入侵种喜旱莲子草和莲子草的营养生长和光合作用对温度的响应

比较温度对入侵种喜旱莲子草(Alternantheraphiloxeroides(Mart.)Griseb.)和其本土近缘种莲子草(A.sessilis(L.)DC.)的营养生长、叶片光合作用及叶绿素荧光的影响。实验将生长均衡的这两种植物放在不同温度(10℃、15℃、20℃、25℃、30℃)的光照培养箱中处理28d。结果表明,喜旱莲子草营养生长的速率和对温度的响应明显不同于莲子草:前者主茎生长的有效积温明显低于后者,分别是11.6d℃和27.0d℃;而新叶萌发的有效积温高于后者,分别是12.1d℃和6.7d℃。入侵种主茎和叶的发育起点温度都比本土种低,分别是10.4℃、11.0℃和12.8℃、14.9℃,表明喜旱莲子草的发育对低温反应不及莲子草敏感。对两种植物叶片的光合作用和叶绿素荧光的测定结果还表明:入侵种比本土种有较高的最大净光合速率和光饱和点,尤其在25℃时;10-30℃的温度范围内喜旱莲子草的最大光化学效率Fv/Fm没有显著变化,而莲子草在10℃低温条件下Fv/Fm值显著降低。较快的主茎生长速率、较宽的温度适应范围以及较高的光合能力可能使喜旱莲子草比本地种具有更强的竞争力,从而在其入侵过程中起了重要作用。     

入侵种喜旱莲子草对光照强度的表型可塑性反应

对外来人侵种喜旱莲子草[Alternanthera philoxeroides（Mart．）Griseb．]在不同强度光照处理中的表型可塑性反应进行了研究。结果表明：在高光照（100％）、中等光照（60．4％）、低光照（35．4％）和弱光照（16．5％）条件下,随光照强度的降低,分枝强度、基株株长、茎节长度随之下降,总生物量及根、茎、叶生物量显著减少;中等光强度处理喜旱莲子草根冠比显著低于其他处理;弱光条件下喜旱莲子草生长迟缓,呈直立状。研究结果表明,光照强度是影响喜旱莲子草种群生存与维持、生长和成功入侵、扩散的重要因子,同时也说明光照强度较低的生态系统喜旱莲子草入侵成功的机会很小。     

喜旱莲子草提取物的杀虫活性

【背景】喜旱莲子草是全球性恶性入侵杂草,近年来在我国已呈蔓延之势,对经济及生态环境造成严重破坏。目前已开展了其入侵机制和生物防治等方面的研究,然而,针对其资源化利用的研究较少。【方法】分别研究了喜旱莲子草的石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇等溶剂提取物对小菜蛾、斜纹夜蛾的选择忌避、触杀和胃毒作用。【结果】喜旱莲子草各有机相提取物对小菜蛾和斜纹夜蛾均具有一定的选择忌避作用。随着处理时间的延长,不同溶剂提取物对小菜蛾和斜纹夜蛾的触杀和胃毒作用效果逐渐增强,且校正死亡率与提取物浓度呈正相关关系;经喜旱莲子草石油醚提取物、乙酸乙酯提取物和正丁醇提取物4000 g·L-1处理后,小菜蛾的触杀校正死亡率均达到70%,经石油醚提取物、乙酸乙酯提取物、正丁醇提取物和水提取物4000 g·L-1及正丁醇层和水层500 g·L-1处理后,斜纹夜蛾的触杀和胃毒校正死亡率均达到80%。【结论与意义】该研究结果对喜旱莲子草的进一步研究开发具有参考价值。     

水体溶氧影响陆生植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和牛鞭草(Hemarthria altissima)对完全水淹的耐受力

溶氧是水环境中一个重要的环境因子,为了探讨水中的溶氧含量水平是否会对陆生植物的耐淹能力造成影响,研究了陆生植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)和牛鞭草(Hemarthria altissima)在遭受不同溶氧含量水体完全淹没后的生长表现、存活情况和非结构碳水化合物的变化。实验结果表明:(1)水体中的溶氧含量显著影响了处于完全水淹环境中的喜旱莲子草和牛鞭草的存活。受高溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草和牛鞭草主茎的完好程度和存活叶的数量均显著高于遭受低溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草和牛鞭草,喜旱莲子草和牛鞭草在高溶氧水体完全水淹后的生物量比低溶氧水体完全水淹后要高;(2)水体中的溶氧含量显著影响了处于完全水淹环境中的喜旱莲子草和牛鞭草的生长,受高溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草主茎伸长生长和不定根生长显著强于受低溶氧水体完全水淹的喜旱莲子草,在不定根的生长上牛鞭草也具有同样的表现。(3)高溶氧水环境有利于减小被完全淹没的喜旱莲子草和牛鞭草的碳水化合物消耗,两种植物在受高溶氧完全水淹后体内具有的非结构性碳水化合物含量均比受低溶氧完全水淹后高。(4)喜旱莲子草比牛鞭草能更好地耐受完全水淹,当处于低溶氧完全水淹时表现得更为明显,本研究表明入侵物种喜旱莲子草比本地物种牛鞭草具有更强的环境适应能力和水淹耐受能力。     

水生空心莲子草入侵群落数量分类及其物种分布的环境解释

生境异质性在不同生态层次上影响物种分布与扩散,进而可能影响外来植物的入侵态势。该研究通过在中国21°N～31°N范围内设置23个10m×10m的样地,利用双向聚类(TWINSPAN)和除趋势对应分析(DCA)等数量生态学方法,研究水生型空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵群落的结构特征并划分其群丛类型,并采用冗余分析法(RDA)分析空心莲子草种群特征、群落物种分布与环境因子(经度、纬度、海拔、氨态氮、硝态氮、电导率、溶解氧)的关系,以期为生物入侵防治及本土生物多样性保护提供参考。结果显示:(1)23个样地共记录植物48种,隶属于21科42属,空心莲子草优势地位显著,主要伴生种为双穗雀稗(Paspalum paspaloides)、李氏禾(Leersia hexandra)和水蓼(Polygonum hydropiper)。(2)23个样地群落可划分为6组群丛类型,其中空心莲子草+双穗雀稗+水芹(Oenanthe javanica)是最主要的类型。(3)48种植物可划分为4类功能群,分别为先锋种型、优势伴生种型、次要伴生种型和逃避型,功能群的DCA分异性高于群丛类型。(4)群落物种分布状况主要由氨态氮和电导率决定,而物种丰富度及空心莲子草种群特征则受到电导率、经度、海拔和溶解氧等多个环境变量的影响;水生空心莲子草的入侵重要值取决于其无性分枝数和种群盖度。研究表明,水生空心莲子草入侵群落的结构相对简单,应加大对其入侵监测力度并维持较高的生境异质性,以延缓水域生态系统的生物入侵进程。     

The bud and root sprouting capacity of Alternanthera philoxeroides after over-wintering on sediments of a drained canal

Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. is one of many aggressive invasive plants that can grow in diverse habitats. Aquatic A. philoxeroides forms dense floating mats over the water surface. However, when water levels decrease during winter, some mats become stranded on exposed sediments and are thus exposed to air. Do the stems of these mats possess the capacity to develop new shoots during the next growing season? In this study, we examined the sprouting of sediment-stranded over-wintering mats of A. philoxeroides. Stems of the over-wintering mats were divided into three types (dry, withered, and fresh stems) depending on moisture content and were immersed in water for 4 weeks to observe the sprouting of axillary buds and roots. The results showed that withered stems yielded much more biomass than dry or fresh stems. Stem moisture content significantly affected the sprouting rate and the length growth rate of buds and roots. Dry stems lacked reproductive capacity. The sprouting rate and length growth rate of the buds and roots were higher in fresh stems than in withered stems. Furthermore, the mean values of the bud sprouting rate and the bud length growth rate were highest during the first week, i.e., most of buds sprouted within 1 week or less. Our results suggest that more than 70% (on a dry weight basis) of the stems in stranded mats possessed rapid sprouting capacity even after over-wintering on the sediment for more than 2 months. This strategy may be an adaptation to the fluctuations inherent in many aquatic habitats, and it possibly explains why A. philoxeroides can flourish even after a dry winter. Handling editor: S. M. Thomaz     

入侵植物水花生解剖学和组织化学染色研究

水花生(Alternanthera philoxeroides)因其表型可塑性、高生长速率和快速无性繁殖能适应水、陆生境.该文利用光学显微镜和荧光显微镜对水、陆生境的水花生不定根、茎解剖结构、组织化学特征及质外体通透性进行了研究.结果表明:(1)水生境下,其不定根皮层中具较大裂生型通气组织,无次生生长,内皮层具凯氏带且...     

Effects of simulated herbivory and resource availability on the invasive plant, Alternanthera philoxeroides in different habitats

In biological control programs, the insect natural enemy’s ability to suppress the plant invader may be affected by abiotic factors, such as resource availability, that can influence plant growth and reproduction. Understanding plant tolerance to herbivory under different environmental conditions will help to improve biocontrol efficacy. The invasive alligator weed (Alternanthera philoxeroides) has been successfully controlled by natural enemies in many aquatic habitats but not in terrestrial environments worldwide. This study examined the effects of different levels of simulated leaf herbivory on the growth of alligator weed at two levels of fertilization and three levels of soil moisture (aquatic, semi-aquatic, and terrestrial habitats). Increasing levels of simulated (manual) defoliation generally caused decreases in total biomass in all habitats. However, the plant appeared to respond differently to high levels of herbivory in the three habitats. Terrestrial plants showed the highest below–above ground mass ratio (R/S), indicating the plant is more tolerant to herbivory in terrestrial habitats than in aquatic habitats. The unfertilized treatment exhibited greater tolerance than the fertilized treatment in the terrestrial habitat at the first stage of this experiment (day 15), but fertilizer appears not to have influenced tolerance at the middle and last stages of the experiment. No such difference was found in semi-aquatic and aquatic habitats. These findings suggest that plant tolerance is affected by habitats and soil nutrients and this relationship could influence the biological control outcome. Plant compensatory response to herbivory under different environmental conditions should, therefore, be carefully considered when planning to use biological control in management programs against invasive plants.     

葎草水浸提物对外来入侵植物喜旱莲子草营养生长的影响

利用葎草地上和地下部分的水浸提物,对喜旱莲子草根茎的营养生长进行了室内生物测定,分析其形态和相应化感强度,以明确葎草对入侵植物喜旱莲子草营养生长的影响作用。结果表明:(1)与葎草地上部分相比,葎草地下部分浸提物对喜旱莲子草的化感抑制强度更明显。(2)葎草地下部分能够明显抑制喜旱莲子草的叶片大小,0.1mg/L浓度下能比对照组显著减少40.21%。(3)葎草地上部分和地下部分浸提物对喜旱莲子草无性系小株枝条的节数无明显影响,但是浸提物对其根茎的分蘖力均具有明显抑制作用。(4)与葎草地上部分相比,其地下部分浸提物能较强抑制喜旱莲子草无性系小株高度。研究发现,葎草水提物能有效抑制喜旱莲子草的营养生长,有可能作为生物替代材料对喜旱莲子草进行替代控制。     

Phenotypic plasticity of invasive Alternanthera philoxeroides in relation to different water availability, compared to its native congener

Phenotypic plasticity and genetic differentiation are two possible mechanisms that plants use to cope with varying environments. Although alligator weed (Alternanthera philoxeroides) possesses very low genetic diversity, this alien weed has successfully invaded diverse habitats with considerably varying water availability (from swamps to dry lands) in China. In contrast, its native congener (Alternanthera sessilis) has a much narrower ecological breadth, and is usually found in moist habitats. To understand the mechanisms underlying the contrasting pattern, we performed a greenhouse experiment to compare the reaction norms of alligator weed with those of its native congener, in which water availability was manipulated. Our results revealed that the two congeners had similar direction of phenotypic plasticity. However, A. philoxeroides showed greater plasticity in amount than did A. sessilis in many traits examined during the switch from wet to drought treatment. Nearly all of the phenotypic variance in A. philoxeroides could be ascribed to plasticity, while A. sessilis had a much higher fraction of phenotypic variance that could be explained by genotypic variation. These interspecific differences in plastic responses to variable water availability partially explained the difference in spatial distribution of the two congeners.     

空心莲子草响应南方菟丝子寄生的生长-防御权衡

为探讨全寄生植物南方菟丝子(Cuscuta australis)防治入侵植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)的可行性,以二者野外天然生长的种群为研究对象,分析南方菟丝子寄生对空心莲子草生长及防御的影响,阐明空心莲子草在受到寄生胁迫时如何权衡自身生长与防御的关系,进而发展出一套应对南方菟丝子寄生的生长-防御策略。结果显示:(1)南方菟丝子寄生显著改变空心莲子草茎的形态,茎直径和平均节间长均增加,茎直径变化极显著(P0.01);(2)南方菟丝子寄生显著减少空心莲子草叶片数,但同时显著增加后者茎的分枝数,而茎上的节是潜在的无性繁殖体,故有利于空心莲子草的克隆繁殖;此外,南方菟丝子寄生显著降低了空心莲子草的根、茎、叶生物量和总生物量,抑制空心莲子草的生长;(3)南方菟丝子寄生显著增加空心莲子草茎的单宁、总酚、三萜皂苷含量,增强其防御能力;(4)南方菟丝子寄生的空心莲子草的生物量与茎部木质素、三萜皂苷、单宁和总酚含量均呈现显著负相关性(P0.01),对照组则不存在相关性;且寄生组较对照组相比,生物量的相对百分比显著低于对照组(P0.01),而用于防御的次生代谢产物总含量的相对百分比显著高于对照组(P0.01)。以上结果表明,受到南方菟丝子寄生胁迫后,空心莲子草改变自身的生长-防御策略,减少营养生长投入而将更多的资源投向克隆繁殖,同时增强对"防御"物质的投入,增强其防御能力,以利于后代生存和繁衍。     

基于根系形态可塑性的空心莲子草克隆分工特征

资源在空间和时间上不均匀分布现象往往形成资源异质性斑块,克隆植物凭借强大的侧向生长能力占据广阔空间,分株间的生理连接促进了其对异质性生境的适应。克隆分株首先通过资源获取结构的功能特化来提高从各种资源富养斑块中的养分获取,然后通过克隆整合作用实现分株间的养分传输,这种功能特化和资源共享模式被称为‘分工’。该文以入侵克隆植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)为研究对象,研究其根系对资源异质性分布的形态可塑性响应;通过调节光照强度和土壤养分来实现资源的异质性分布,共设置4个处理:1近端分株高光低养—远端分株高光低养(HL-HL),2近端分株低光高养—远端分株低光高养(LH-LH),3近端分株高光低养—远端分株低光高养(HL-LH),4近端分株低光高养—远端分株高光低养(LH-HL);使用WinRHIZO Pro软件分析相关根系指标,SPSS 18.0单因素方差(one-way ANOVA)分析方法分析异质性条件对近、远端分株以及整个克隆片段的影响。结果表明:异质性斑块中经历高光低养的分株分配更多的生物量到地上部分,经历低光高养的分株分配更多的生物量到地下部分,空心莲子草通过调整对地上和地下部分的生物量分配比例实现了克隆分工;异质性斑块中,生长在富养斑块中的空心莲子草分株根系有更高的根生物量、根长、根表面积、根体积以及分枝系数等,表明空心莲子草分株根系通过对异质性斑块的形态可塑性变化提高了土壤养分的吸收能力。由此可见,空心莲子草通过对资源获取结构的功能特化提高了其资源吸收能力,这可能是其具强入侵能力的重要原因。