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。     

不同土壤水分和养分条件下喜旱莲子草与同属种生长状况的比较研究

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵已在中国造成巨大的生态和经济损失。为揭示喜旱莲子草成功入侵的生态机制并预测其种群扩张趋势及其与环境因子的关系, 作者比较了喜旱莲子草与其同属的外来弱入侵种刺花莲子草(A. pungens)以及土著种莲子草(A. sessilis)在不同土壤水分、养分条件下的生长状况。结果显示: 在高水高肥条件下, 喜旱莲子草的生物量要高于刺花莲子草和莲子草, 而在低水低肥条件下却不如这两个同属种; 弱入侵种刺花莲子草在低水条件下的生物量要高于强入侵种喜旱莲子草和土著种莲子草, 说明植物的入侵性受环境条件的影响。另外, 强入侵种喜旱莲子草形态学性状的可塑性较高, 在各种条件下都具有较高的比叶面积, 暗示这两个指标可作为莲子草属外来植物入侵性的预测指标。     

不同水陆生境下入侵种喜旱莲子草与土著种莲子草表型变异和细胞渗透势调节能力的比较研究

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb.)能成功入侵不同水陆生境,而其同属近缘种莲子草(A.sessilis(Linn.)DC.)适于生长在潮湿的陆地环境中。为揭示两物种生态幅差异的机理及与其入侵潜力的关系,我们在模拟不同水陆生境的同质园环境下,比较了喜旱莲子草和莲子草的形态特征、细胞渗透势变异状况和细胞内溶质物质合成相关基因(蛋氨酸合成酶基因)的表达水平。结果表明:喜旱莲子草对环境变异更敏感,表型变异幅度更大,具有更有效的渗透势调节能力;蛋氨酸合成酶基因在喜旱莲子草进入水生环境的早期阶段表现出短暂上调的特殊表达趋势。这说明有效的细胞渗透势调节机制与喜旱莲子草对不同水陆生境的广泛适应性和较强的表型可塑性能力可能有关,从而帮助其在不同生境中成功入侵。     

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。     

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。     

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。     

光照和氮素对喜旱莲子草形态特征和生物量分配的影响

研究了两个光照梯度和3个土壤氮素水平交互作用对喜旱莲子草(Alternan thera philoxeroides(Mart.)Griseb.)形态特征和生物量分配的影响。结果表明,全光照促进喜旱莲子草总生物量的积累,但在遮荫条件下,喜旱莲子草可以通过增加株高、光合叶面积和改变生物量分配来适应弱光生境。土壤中氮素含量对喜旱莲子草生长有明显影响,总生物量、株高、叶面积、茎生物量比和叶生物量比等随土壤氮素水平增加而增加。光照和氮素的交互作用对总生物量、根生物量比、茎生物量比和叶生物量比也有显著影响。随着氮素水平的增高,遮荫和高光照处理下喜旱莲子草的叶面积、总生物量和叶生物量比之间的差异减小,而株高和根生物量比之间的差异增大。此外,光照强度对茎生物量比的影响具有明显的氮素浓度依赖性,低氮条件下,茎生物量比在高光照处理下显著高于遮荫处理,而在中氮条件下,遮荫处理却显著高于高光照处理,且在高氮处理下其差异进一步加大。这些结果表明喜旱莲子草在高氮素环境下能够通过形态可塑性和生物量分配模式的改变来适应弱光环境所带来的不利影响。研究结果不但可为研究喜旱莲子草对异质生境的入侵机制提供资料,也可为进一步研究喜旱莲子草的入侵和扩散与农业等生态系统中土壤氮素残留的关系提供参考。       

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。     

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。     

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.     

The influence of abiotic stress and phenotypic plasticity on the distribution of invasive Alternanthera philoxeroides along a riparian zone

Relatively few studies have compared invasibility and species invasiveness among microhabitats within communities, synchronously. We surveyed the abundance and performance of non-native Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. (alligator weed), its co-occurring native congener, Alternanthera sessilis (L.) DC. (sessile joyweed), and other species in a wetland community along a riparian zone in southeast China to test the hypotheses that: i) degree of invasion differs between different types of microhabitats within the community; and ii) microhabitat types that differ in invasibility also differ in soil resource availability or in sediment characteristics likely to affect resource availability; iii) phenotypic plasticity of A. philoxeroides may play a key role in its adaptation to diverse habitats as can be concluded from its extremely low genetic diversity in China. The study riparian zone comprises different types of microhabitats including wet abandoned field, swamp, marsh dunes and gravel dunes. Consistent with these hypotheses, cover of A. philoxeroides was high in abandoned fields (73 ± 2.9%) and swamps (94 ± 1.3%), which had high soil nutrients and water availability. On the contrary, cover of native A. sessilis was relatively high in marsh dunes and grave dunes, which had coarse gravel surfaces, low soil nutrients and low water availability. A. philoxeroides showed greater morphological plasticity in response to habitat variation. In abiotically harsh habitats, stems had limited growth, and were prostrate with weak adventitious roots at nodes, forming thin, scattered patches. In the two richer habitats, the highly branched plants spread over the water or soil surface, supporting dense stronger leaf-bearing stems which grew vertically. The growth pattern of A. sessilis among microhabitats did not exhibit significant variations. These results suggest that morphological plasticity and microhabitat types with high soil resources may facilitate invasions of A. philoxeroides.     

The influence of abiotic stress and phenotypic plasticity on the distribution of invasive Alternanthera philoxeroides along a riparian zone

Relatively few studies have compared invasibility and species invasiveness among microhabitats within communities, synchronously. We surveyed the abundance and performance of non-native Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. (alligator weed), its co-occurring native congener, Alternanthera sessilis (L.) DC. (sessile joyweed), and other species in a wetland community along a riparian zone in southeast China to test the hypotheses that: i) degree of invasion differs between different types of microhabitats within the community; and ii) microhabitat types that differ in invasibility also differ in soil resource availability or in sediment characteristics likely to affect resource availability; iii) phenotypic plasticity of A. philoxeroides may play a key role in its adaptation to diverse habitats as can be concluded from its extremely low genetic diversity in China. The study riparian zone comprises different types of microhabitats including wet abandoned field, swamp, marsh dunes and gravel dunes. Consistent with these hypotheses, cover of A. philoxeroides was high in abandoned fields (73 ± 2.9%) and swamps (94 ± 1.3%), which had high soil nutrients and water availability. On the contrary, cover of native A. sessilis was relatively high in marsh dunes and grave dunes, which had coarse gravel surfaces, low soil nutrients and low water availability. A. philoxeroides showed greater morphological plasticity in response to habitat variation. In abiotically harsh habitats, stems had limited growth, and were prostrate with weak adventitious roots at nodes, forming thin, scattered patches. In the two richer habitats, the highly branched plants spread over the water or soil surface, supporting dense stronger leaf-bearing stems which grew vertically. The growth pattern of A. sessilis among microhabitats did not exhibit significant variations. These results suggest that morphological plasticity and microhabitat types with high soil resources may facilitate invasions of A. philoxeroides.     

影响喜旱莲子草性别可塑性表现形式的环境因子的研究

亚稳定可塑性会显著影响植物个体的适合度和个体对环境的反应模式,因此,探讨其起因和维持机制成为非常重要的科学问题.喜旱莲子草性别特征表现为亚稳定可塑性而其它表型特征为常规的可塑性.通过正交控制实验,量化喜旱莲子草的表型特征在不同环境条件下的可塑性表现.结果表明:(1)决定喜旱莲子草性别可塑性和其他大多数可塑性的环境因素相...     

空心莲子草在我国的适应性及入侵机制

空心莲子草是入侵我国的重要杂草之一,它在我国能广泛传播和迅速蔓延,与其自身特有的形态生理适应性、强大的繁殖特性和竞争力,以及传入地缺乏自然控制机制密切相关.空心莲子草从其原产地过渡到新的侵入地的过程中,在生态环境适应方面发生重大变化,产生一系列的形态结构、生理过程,以求适应陆地生活条件.其表型可塑性使得空心莲子草有更宽的生态幅,可利用的潜在资源范围也随之扩展;强大的营养繁殖能力,使其迅速产生大量的后代,在失去自然天敌调控的情况下,尤为适应其侵入种的生长、繁殖、发展和传播,种群数量的激增又会加速其传播扩散速度,导致空心莲子草爆发成灾.在综述空心莲子草在形态、生理、繁殖的适应性特征及天敌因素和入侵特性的基础上,根据前人的有关论述,分析了空心莲子草在我国的适应性特征及入侵机制,指出了空心莲子草在我国适应性及入侵机制应着重研究的方向,提出了综合治理和充分利用空心莲子草的对策.     

底泥高磷浓度提高了喜旱莲子草的入侵性

植物通过改变自身的形态和生态生理特征对多变的环境因素做出响应,这种表型可塑性能增强外来物种的入侵能力。该文研究了入侵植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)对底泥磷浓度、植株密度以及二者间交互作用的可塑性响应,探讨可塑性是否能使其获得更高的入侵能力。结果表明:低密度×底泥高磷浓度处理条件下的叶重、茎重、总重、叶数、分枝数和茎长等明显高于低、中磷浓度处理;高密度×底泥高磷浓度条件下的叶数、茎长和比茎长的值最大;植株的含磷量随底泥磷浓度的升高显著增加,说明喜旱莲子草响应底泥磷浓度变化时改变了自身的形态与生态生理性状。泥底含磷量对叶重比、叶数、茎长、茎磷含量、叶磷含量和植株总含磷量的影响都达到显著水平(p<0.05);植株密度对茎重、比茎长、叶磷含量和植株总磷含量的影响达到显著水平(p<0.05)。与入侵能力相关的叶重比、叶数、茎长在底泥高磷浓度处理中显著增加,说明底泥的高磷浓度增强了喜旱莲子草的入侵能力。     

Effects of elevated temperature on chemistry of an invasive plant,its native congener and their herbivores

增温对莲子草属入侵植物与本地同属植物化学物质组成和天敌昆虫的影响 气候变暖影响植物生长和生理活动,然而气候变暖如何改变入侵植物化学物质组成并间接影响其与植食性昆虫互作还少有报道。本研究以入侵植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)及其本地同属 植物莲子草(A. sessilis)为对象,探究增温对其叶片化学物质组成的影响并进一步检验这些变化如何影响两 种植食性昆虫虾钳菜披龟甲(Cassida piperata)和斜纹夜蛾(Spodoptera litura)的生长发育。通过模拟增温实验,探究增温对空心莲子草和莲子草13个叶片化学物质的影响,并用其饲养两种植食性昆虫,测量它们的生长和发育时间。研究结果显示,增温显著改变了空心莲子草和莲子草叶化学物质组成;增温降低了空心莲子草叶片氮浓度,增加了莲子草叶片总黄酮和总酚浓度;增温对其它营养物质(果糖、蔗糖、总可溶性糖和淀粉)随物种和具体物质发生改变;采用增温处理的莲子草饲养的虾钳菜披龟甲蛹重和斜纹夜蛾幼虫重量,以及增温处理的空心莲子草饲养的斜纹夜蛾幼虫重量,显著低于对照不增温处理;此外,采用增温处理的莲子草饲养的斜纹夜蛾幼虫发育时间显著延长。这些结果表明,增温对植物化学物质组成的影响随物种发生变化,增温对入侵植物和本地植物化学物质组成的影响间接改变了其与植食性昆虫的互作关系。     

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.     

植物竞争和昆虫取食调节入侵植物对土壤细菌群落和功能的影响

以入侵植物空心莲子草(Alternanthera philoxeroides(Mart.)Griseb)、本土近缘种莲子草(Alternan-thera sessilis(L.)DC)、生防昆虫莲草直胸跳甲(Agasicles hygrophila(Selman&Vogt))和本地昆虫虾钳菜披龟甲(Cassida pi...     

空心莲子草具有较强抗盐能力的原因初探

为了探讨空心莲子草(Alternantheraphiloxeroides(Mart.)Griseb)的抗盐机理,测定了盐胁迫条件下的空心莲子草和水稻中保护酶活性和渗透调节物质的变化。结果表明,在盐胁迫下,空心莲子草中的脯氨酸、甜菜碱以及SOD、POD等含量增加速度比水稻快,膜脂过氧化产物丙二醛的含量在两种植物中虽亦增加,但在空心莲子草叶中的增加幅度小于水稻。证明盐胁迫下保护酶活性和渗透调节物质含量的迅速增加是空心莲子草具有较强抗盐能力的重要生理学基础。