不同生境下空心莲子草响应模拟昆虫采食的生长和化学防御策略

外来植物往往可以入侵多种生境并受到多种昆虫的采食,而不同生境条件将可能会影响这些入侵植物对昆虫采食的防御策略。以入侵我国的克隆植物——空心莲子草为研究对象,分别选择生长在水生生境、水陆两栖生境和陆生生境中的无性个体(分株),通过50%去叶处理模拟昆虫采食,分析不同生境下空心莲子草对模拟昆虫采食处理的生长及化学防御响应的差异。模拟昆虫采食处理显著抑制了陆生生境、水陆两栖生境以及水生生境下空心莲子草的根、茎、叶和总生物量,但对3种生境下空心莲子草的生物量分配(根冠比、根生物量分配、茎生物量分配和叶生物量分配)均无显著影响。陆生生境下空心莲子草根、茎和总生物量显著高于水陆两栖生境和水生生境,根冠比显著低于水陆两栖生境和水生生境。模拟昆虫采食处理显著降低了空心莲子草的木质素含量,而对单宁和总酚含量影响不显著。生境对木质素含量无显著影响,但陆生生境下空心莲子草单宁含量显著高于水陆两栖生境和水生生境,且总酚含量显著高于水陆两栖生境,表明陆生生境中空心莲子草具有更强的防御能力。空心莲子草木质素含量与总生物量无显著相关性,但在模拟采食情况下,其总酚含量与总生物量呈显著负相关,而无论模拟昆虫采食处理存在与否,空心莲子草单宁含量与总生物量均呈显著正相关。因此,空心莲子草存在昆虫介导的生长和化学防御之间的权衡,在昆虫采食的情况下可通过减少生长来增加对化学防御物质的投入,但生境对空心莲子草这种生长-防御权衡的影响十分有限。     

南方菟丝子寄生对喜旱莲子草生长及群落多样性的影响

菟丝子属植物是一种有潜力的入侵植物的生物防治剂。以南方菟丝子(Cuscuta australis)天然寄生的喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)群落为研究对象,对比分析了南方菟丝子寄生对入侵植物喜旱莲子草生长的影响,同时采用群落调查的方法分析南方菟丝子寄生对入侵群落多样性的影响,以判断南方菟丝子是否具有防治喜旱莲子草的能力。结果表明南方菟丝子寄生可以降低喜旱莲子草的根生物量、茎生物量、叶生物量和总生物量,但与对照之间均不存在显著性差异;南方菟丝子寄生可以显著降低茎生物量比,显著增加根生物量比和根冠比。在无南方菟丝子寄生的喜旱莲子草群落中,除南方菟丝子和喜旱莲子草外,共有10科14属14种植物;而在南方菟丝子寄生的喜旱莲子草群落中,除南方菟丝子和喜旱莲子草外,共有16科27属28种植物,南方菟丝子能以产生吸器而寄生生长的植物共有19种,占样地植物种数的67.86%。南方菟丝子寄生可使群落物种丰富度显著性增加,也可使群落Simpson指数、Shannon-Wiener指数、McIntosh指数和均匀度指数增加,但是与对照之间不存在显著性差异。南方菟丝子寄生使喜旱莲子草的多度显著性下降,使喜旱莲子草的盖度和高度下降,但与未寄生的喜旱莲子草群落相比不存在显著性差异。但是南方菟丝子寄生可使喜旱莲子草在群落上的相对盖度、相对高度和相对多度均显著性下降,从而导致群落中喜旱莲子草的重要值显著性下降。南方菟丝子寄生可以在一定程度上抑制入侵植物喜旱莲子草的生长,促使群落多样性增加,促进本地群落的恢复。     

外源钙离子对南方菟丝子寄生入侵植物喜旱莲子草效果的影响

外源钙离子可以有效地缓解植物在胁迫下受到的毒害,提高植物组织或细胞抗胁迫的能力。以喜旱莲子草为研究对象,采用完全随机区组的实验设计,研究不同钙离子浓度与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎生物量的影响,探讨外源钙离子是否可以减少南方菟丝子对喜旱莲子草的损伤。研究表明南方菟丝子寄生对喜旱莲子草的根、茎和叶的生物量具有显著影响,且南方菟丝子寄生与外源钙离子对喜旱莲子草茎和叶的生长具有显著的交互作用。不同浓度的钙离子与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草茎生物量存在拮抗的交互作用;而仅8 mmol/L Ca2+与南方菟丝子寄生对喜旱莲子草叶生物量存在拮抗的交互作用。不同浓度钙离子均可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草茎的有害效应,仅8 mmol/L Ca2+可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草根和叶的有害效应。2—6 mmol/L的外源钙离子对南方菟丝子寄生下的喜旱莲子草的丙二醛(MDA)含量无显著影响,但可以显著地降低过氧化物酶(POD)活性,表明低浓度的外源钙离子的添加可以缓减南方菟丝子对喜旱莲子草的寄生胁迫,并体现在生理指标上。     

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.     

南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花生长、繁殖及防御的影响

为了阐明南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花生长和繁殖的影响及机制,分析了南方菟丝子寄生对加拿大一枝黄花形态、生长与繁殖指标的影响,并分析了其生物量与加拿大一枝黄花次生代谢产物含量的相关性.结果表明： 南方菟丝子寄生显著降低加拿大一枝黄花株高、基径、主根长度和根直径,显著降低根、茎、叶和总生物量以及花序数、花序主轴长和花序分枝数;尤其是株高、花序数、茎生物量3个指标,被南方菟丝子寄生的植株仅为无寄生植株的1/2、1/5和1/8.南方菟丝子寄生强度对加拿大一枝黄花的株高、根长、茎生物量、总生物量等指标没有显著影响,但高强度寄生组的基径、根体积、叶生物量、根生物量、花序数、花序主轴长、花序分枝数等指标均显著低于低强度寄生组.南方菟丝子寄生显著增加加拿大一枝黄花根鞣质含量和茎黄酮含量.加拿大一枝黄花的生物量与根鞣质含量及茎黄酮含量存在显著负相关.这表明南方菟丝子寄生加拿大一枝黄花后, 除了减少其资源获取外,还可能通过改变资源分配方式等途径进一步抑制其生长.     

空心莲子草营养器官结构与三萜皂苷动态积累的关系

采用组织化学定位、显微制片技术和三萜皂苷定量分析方法对空心莲子草营养器官结构与三萜皂苷类物质积累关系进行了研究。结果表明：空心莲子草宿根、根状茎、茎和叶中均有三萜皂苷物质的积累,叶和根状茎内含量十分丰富。在相同采收期内含量依次为：叶＞根状茎＞根＞茎,叶中主要积累于栅栏组织细胞内。空心莲子草的根和根状茎横切面均属于异常结构,具有成同心环状排列的三生维管束。在宿根和根状茎的次生韧皮部、栓内层、三生韧皮部和结合组织内均有三萜皂苷的分布,三生结构在宿根和根状茎中占有主要地位,是三萜皂苷积累的主要场所。在不同采收期内叶、根状茎和根中三萜皂苷的积累趋势基本一致,均随生长期的增加而递增。空心莲子草茎的横切面由表皮、皮层、维管束和髓腔组成,仅部分皮层细胞和初生韧皮部内有三萜皂苷分布。     

地上-地下植食性天敌对入侵植物空心莲子草与本地种莲子草种间关系的影响

生物入侵是全球生物多样性的主要威胁,外来种与本地种的种间竞争能力会影响其能否成功入侵。本研究选用入侵植物空心莲子草和其本地同属种莲子草为对象,探究其专食性天敌莲草直胸跳甲与南方根结线虫对空心莲子草与莲子草的生长及种间关系的影响。结果表明: 与无天敌胁迫相比,线虫处理显著降低了莲子草的株高(28.1%),但显著增加了空心莲子草的株高(52.8%)和莲子草的地上生物量(63.7%);跳甲处理显著降低了莲子草的株高(40.7%),对空心莲子草无显著影响;而跳甲与线虫的共同胁迫显著降低了莲子草的株高(35.3%)和空心莲子草的地下生物量(62.2%),显著增加了莲子草的地上生物量(69.1%);天敌胁迫对两种植物的茎粗、分枝数和根长均无显著影响。无天敌作用下,两种植物的相对邻体效应指数(RNE)均为正值,且空心莲子草的RNE比莲子草高21.3%;天敌胁迫下,空心莲子草的RNE均为负值,而莲子草的RNE在线虫或跳甲单独胁迫下为正值,在线虫和跳甲共同胁迫下为负值。表明地上-地下天敌互作可以使两种植物的种间关系发生改变,并可能促进空心莲子草的入侵。     

不同程度南方菟丝子寄生对入侵植物三叶鬼针草生长的影响

生物入侵严重影响了生态系统的结构和功能。菟丝子属植物可以有效地抑制入侵植物的生长,恢复本地群落,是一种有效的生物防治剂。本文以本地寄生植物南方菟丝子（Cuscuta australis）和三叶鬼针草（Bidens pilosa L.）为研究对象,采用不同数量的南方菟丝子茎段（长度15cm）寄生入侵植物三叶鬼针草来形成不同的寄生程度（寄生I、II、III分别由1、2、3段南方菟丝子茎段寄生）,分析不同程度的寄生对寄主三叶鬼针草补生长的影响,并探讨寄生植物对寄主补偿生长的诱导。南方菟丝子寄生34d之后,三种程度的寄生均可显著抑制三叶鬼针草生长。寄生III处理组的南方菟丝子生物量显著大于寄生I和寄生Ⅱ处理组。不同寄生强度对三叶鬼针草生长的影响具有一定的差异。寄生II和寄生III的三叶鬼针草叶生物量、茎生物量、地上生物量、地下生物量、总生物量、株高与冠幅均显著低于寄生I,但相互之间不存在显著性差异;寄生II的三叶鬼针草的叶面积、根长和根体积均显著低于寄生I,寄生III的叶面积和根长高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间不存显著性差异,寄生III的根体积显著高于寄生II,但与寄生I之间不存在显著性关异。与对照相比,不同程度寄生下三叶鬼针草的NAR和RGR极显著降低。寄生II的三叶鬼针草的RGR显著低于寄生I,寄生III的三叶鬼针草的RGR高于寄生II,但与寄生I及寄生II之间均不存在显著性差异。寄生II与寄生III的三叶鬼针草的NAR显著低于寄生I组,但相互之间不存在显著性差异。除寄生I处理组外,寄生II与寄生III处理导致三叶鬼针草与南方菟丝子的累积生物量均显著低于对照。寄生II处理组的累积生物量要低于寄生I处理组,寄生III处理组的累积生物量要高于寄生II处理组,但显著低于对照组,表明寄生III处理组的三叶鬼针草产生了低补偿生长。由于南方菟丝子寄生显著抑制入侵植物的生物量,因此南方菟丝子仍具有防治入侵植物的潜力。     

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。     

空心莲子草地下茎克隆繁殖特征

空心莲子草是一种原产于南美洲的苋科多年生草本植物,目前在许多地方已经成为一种危害十分严重的外来入侵植物。通过地下茎等营养器官进行无性繁殖是其主要繁殖方式。本文以空心莲子草的地下茎为实验材料,对其克隆繁殖特征进行了研究。研究结果表明:(1)地下茎的节是克隆繁殖的必要条件,节的有无决定克隆繁殖是否发生;(2)地下茎可以通过控制单位节上的出芽率来调节其克隆生长过程,从而使克隆繁殖结果更有利于整个种群的生长;(3)地下茎的粗细程度对其克隆繁殖也有显著影响。空心莲子草地下茎的单位节数与其单位节出芽率、无性系小株的高度和地上部分的节数之间存在密切联系。     

基质养分对寄生植物南方菟丝子生长的影响

群落中各营养级的相互作用在群落结构形成中起了重要作用.以南方菟丝子(Cuscuta australis R.Br.)和三叶鬼针草(Biden pilosa L.)为研究对象,采用完全随机区组实验设计方法,测定并分析基质养分(不施肥与施肥)对寄生植物生长的影响,探讨寄生植物生物量与寄主生长特性、生物量和光源捕获能力的相关性.结果表明,施肥显著增加寄生植物南方菟丝子的吸器数量、缠绕圈数、相对盖度、营养器官生物量、生殖器官生物量和总生物量,但对生殖器官的生物量比无显著影响.施肥显著增加寄主植物的根、茎、叶生物量和总生物量、叶生物量比、比叶面积和叶绿素含量,但显著降低根冠比与根生物量比.南方菟丝子生物量与三叶鬼针草生物量、叶生物量比、比叶面积以及相对叶绿素含量之间均存在显著正相关,与根生物量比和根冠比存在显著负相关.研究结果表明施肥可以提高寄主植物的光资源捕获能力,将更多地生物量分配至叶等光合机构上,从而促进寄主植物(生产者)的生长,并间接促进寄生植物(初级消费者)的生长.     

飞机草入侵种群与原产地种群生长性状的差异

飞机草(Chromolaena odorata)是我国热带地区危害严重的外来入侵植物,为揭示适应进化对其成功入侵的贡献,在同质种植园中,比较研究了飞机草10个入侵地种群与12个原产地种群生长性状的差异,为排除奠基者效应的可能影响,进一步比较了飞机草10个入侵地种群与其原产地可能的祖先种群间的差异。结果表明,飞机草10个入侵地种群的基茎、株高、分枝数、生物量和比叶面积均显著高于12个原产地种群;与可能的祖先种群相比,飞机草10个入侵种群的生物量、分枝数和比叶面积仍更高。这些结果表明,在长期的入侵过程中飞机草通过进化提高了资源向生长的分配,支持增强竞争能力的进化假说。     

Synergistic impact of water level fluctuation and invasion of Glyceria on Typha in a freshwater marsh of Lake Ontario

The effects of multiple stressors on the native Typha marsh community (mainly Typha latifolia) were examined using historical records of water levels, human census population, and field vegetation maps. Percent cover of the major plant species was estimated in a GIS, and the percent cover of Typha was related to changes in water level, human population growth, and percent cover of exotic Glyceria maxima and invasive Phragmites australis. Water level fluctuation was the major natural disturbance and it alone accounted for 88% of the variation in Typha. After partitioning out the effect of water level, both human population growth and the presence of exotic species were still significantly related to the decline of native Typha. We suggest that multiple stressors interact with each other to influence changes in native Typha community and cause greater detrimental impact. An important implication of our results is that projected water level decline due to climate change may not necessarily favor the restoration of a desirable native marsh because of the presence of other disturbances such as exotic and invasive species and altered nutrient regime.     

Flooding effects on rapid responses of the invasive plant Alternanthera philoxeroides to defoliation

In experiments under controlled growth conditions it was examined how flooding affected the responses of the invasive plant Alternanthera philoxeroides to defoliation. In drained and flooded conditions, plants were subjected to five defoliation levels: 0, 10, 50, 90% removal of leaf tissue and apex removal (90% leaf tissue plus apical bud removal). Plants were harvested weekly for five weeks. In drained conditions, plant biomasses including total biomass, shoot biomass and root biomass after 50% defoliation rapidly recovered to the control plant level. They were significantly lower for the 90% defoliation and apex removal treatments compared to control plants throughout the experiment. In flooded conditions, total biomass and shoot biomass after 50% defoliation, 90% defoliation, and apex removal treatments could return to control plant levels before the end of the experiment. In 90% defoliation and apex removal treatments root to shoot biomass ratios of both drained and flooded plants were initially much higher than in control plants, but the difference disappeared rapidly. The final biomasses decreased with increased defoliation intensity in drained conditions, but no significant difference was generally found in any of the defoliation treatments in flooded conditions. The rapid re-growth of A. philoxeroides plants after defoliation may partly be responsible for its invasion success. However, defoliation capable of removing 90% of the leaf tissue may be desirable in restricting the growth of this invasive species in drained conditions.     

No impact of a native beetle on exotic plant performance and competitive ability due to plant compensation

The novel associations between invasive plants and their natural enemies in the introduced range have recently received increasing attention; however, the effects of novel enemies on exotic plant performance and competition with native species remain poorly explored. Here, we tested the impact of herbivory by a native beetle, Cassida piperata, on the performance of the exotic species Alternanthera philoxeroides and competition with a native congener, Alternanthera sessilis, using common garden experiments in central China. We found A. philoxeroides was able to fully compensate for intense herbivory by C. piperata. Herbivory by C. piperata that released at the average density in this region had no impact on competition between the native and exotic plant species. Our results indicate that herbivory by novel enemies may not reduce exotic plant performance due to plant compensation. However, high tolerance to herbivory may not confer a competitive advantage for exotic species compared to less tolerant native competitors if the herbivore damage is below a certain threshold. Thus, it is necessary to assess the impact of novel enemies on exotic plant performance and competition with native plants along gradients of insect densities. This may lead to a better understanding of how best to exploit the role of native herbivores in facilitating or slowing plant invasions.     

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。     

温郁金内生真菌Chaetomium globosum L18对植物病原菌的抑菌谱及拮抗机理

通过体外培养法,研究了药用植物温郁金内生真菌Chaetomium globosum L18对几种常见的植物病原菌的抑菌谱及其拮抗机理。结果表明,Chaetomium globosum L18对多种植物病原真菌和细菌均有不同程度的抑制作用,具有较广的抑菌谱,但对不同植物病原菌的抑制作用具有显著性差异(P<0.05),抑制率最高可达到92.9%;抑菌机制结果显示,竞争作用和重寄生作用是其主要的拮抗机制之一;发酵产物抑制作用测定发现,内生真菌Chaetomium globosum L18能够分泌产生抗菌物质抑制病原菌菌丝的生长和孢子萌发,可引起病原菌菌丝菌丝膨大成串珠状,分枝增多,分枝顶端膨胀后细胞壁破裂,原生质外溢,产生溶菌作用;使分生孢子萌发畸形,萌发率降低。