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。     

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。     

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。     

四种水库消落带植物对水淹环境的适应性研究

研究了百花湖消落带四种优势植物双穗雀稗(Paspalum distichum)、空心莲子草(Alternanthera philoxeroides)、牛鞭草(Hemarthria altissima)和狗牙根(Cynodon dactylon)在模拟水淹环境下的生长指标和叶绿素含量,以期了解其对水淹环境的适应特征。结果表明:1) 水淹条件下,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草生长加剧,狗牙根生长缓慢,四种植物损失了不适应全淹环境的分枝和叶片。2)双穗雀稗、牛鞭草和狗牙根表现为茎的生长,空心莲子草表现为茎和分枝的生长。植株顶端冒出水面后,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草叶的生长加剧。3)四种植物的叶绿素a、b的含量降低,叶绿素b降低比叶绿素a更显著,叶绿素a/b值显著升高。植株顶端冒出水面后,双穗雀稗、空心莲子草和牛鞭草叶绿素a、b含量显著升高,叶绿素a/b值显著降低。4)经过不断地适应和进化后,四种植物能更好地适应水淹环境。     

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。     

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。     

空心莲子草是观察植物导管的好材料

笔者采集到空心莲子草、南瓜、繁缕等多种植物的茎进行对比实验发现：苋科植物空心莲子草(Altemanthera philoxemides)的茎是观察植物导管的好材料。现介绍如下：     

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。       

广西植物分布新记录

通过标本鉴定和查阅相关资料,发现广西的5个新分布植物种,它们分别是星粟草(Glinus lotoides L.)、镰叶西番莲(Passiflora wilsonii Hemsl)、毛土连翘(Hymenodictyon orixense (Roxb.) Mabberley)、假泽兰(Mikania cordata (Burm.f.) B.L.Robinson)、短梗土丁桂(Convolvulus nummularius Linnaeus)。     

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.     

温度对2个地理种群莲草直胸跳甲成虫产卵量及存活率的影响

【背景】温度对莲草直胸跳甲种群增长具有重要作用,了解引进的莲草直胸跳甲泰国种群的温度适应性,同时与福州本地种群相比较,可以有效地利用其防治空心莲子草。【方法】采用室内继代饲养的方法,设置3个温度,对莲草直胸跳甲福州本地种群和泰国热带种群的成虫产卵量及存活率进行了研究。【结果】在相同温度条件下,泰国热带种群的繁殖力显著高于福州本地种群。随着温度的升高,泰国热带种群和福州本地种群的产卵量均有显著下降,但泰国热带种群的产卵量均稍高于福州本地种群。在3个试验温度下,莲草直胸跳甲泰国热带种群的成虫寿命较福州本地种群的寿命长。【结论与意义】莲草直胸跳甲泰国热带种群对温度的适应性和繁殖力强,更容易构建种群,有利于对空心莲子草的生物防治。     

利用传统生物防治控制外来杂草的入侵

随着国际贸易的日益频繁,外来有害植物入侵,严重威胁我国的自然环境和生物多样性。利用从原产地引入食性较专一的天敌来控制外来杂草是杂草生物防治的主要方式之一,有保护环境一劳永逸的效果。简要介绍了国际生物防治概况,统计表明全世界至少有133种目标杂草进行生物防治,主要分布在菊科、仙人掌科和含羞草科,63科369种无脊椎动物和真菌作为杂草生物防治的天敌,利用最多的天敌是鞘翅目象甲科和叶甲科昆虫,其中大多数项目是治理外来杂草的。杂草生物防治最活跃的国家依次为美国、澳大利亚、南非、加拿大和新西兰。重点论述了利用传统生物防治方法防治外来杂草的经典项目、国内外研究概况,以及目前面临的问题和应用前景。我国杂草生物防治起步晚,传统杂草生防的目标杂草有4种,紫茎泽兰、空心莲子草、豚草和水葫芦,其中,空心莲子草的生物防治获得成功。共引进天敌14种,输出天敌23种,与世界上生物防治先进的国家比尚有距离。中国应充分借鉴国际成功经验,对外来杂草开展生物防治。中国的生物多样性在世界上占有十分独特的地位,将在生物多样性保护中发挥重要作用。     

空心莲子草叶甲对空心莲子草控制效果的定量评价

为了解空心莲子草叶甲Agasicles hygrophila被引入中国20多年后其取食行为与取食能力是否发生改变, 我们通过采集叶甲自然种群的成虫, 在室内用空心莲子草Alternanthera philoxeroides饲养获得检测用叶甲各虫态与虫量进行室内定量检测, 研究了空心莲子草叶甲自然种群各龄幼虫与成虫在不同密度下对空心莲子草的控害效果。结果显示： 1龄幼虫喜食顶芽嫩叶, 在每株接0.2和1头1龄幼虫密度下, 空心莲子草仍有新叶和侧芽生成, 生物量、 株高与茎节数仍在增加; 在5头/株的密度下, 空心莲子草的生物量、 叶片数和侧芽数均出现负增长; 在10头/株的密度下, 草的生物量、 株高、 叶片数、 侧芽数和茎节数均表现为负增长。2龄幼虫优先取食顶芽嫩叶, 也取食老叶与茎杆, 在每株10头2龄幼虫的密度下, 接虫7 d后, 40%的植株死亡。3龄幼虫取食叶片与茎秆, 后期钻入茎秆中化蛹,在10头/株密度下,7 d后, 已引起52%的植株死亡, 存活株的茎节数显著减少。成虫可24 h连续取食植株的任何组织, 0.2头/株的密度下,空心莲子草叶片与侧芽数量已呈现负增长; 5头/株的密度下,空心莲子草的生物量、 株高、 叶片数、 侧芽数与茎节数均呈现较大的负增长; 10头/株的控草效果更加显著。     

Effects of soil nitrogen levels on growth and defense of the native and introduced genotypes of alligator weed

土壤氮水平对喜旱莲子草原产地和引入地基因型生长和防御的影响 同种植物生长在资源丰富生境中的个体,其防御水平被认为低于生长在资源匮乏生境中的个体。然而,生境的养分水平如何影响植物的诱导抗性和耐受性,以及这种影响在入侵植物的原产地和引入 地种群间是否存在差异,目前均知之甚少。本研究以入侵植物喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)的原产地阿根廷和引入地美国的基因型为研究对象设计同质园实验,以探究土壤氮水平对植物的生长、组成和诱导性[莲草直胸跳甲(Agasicles hygrophila)取食诱导]化学防御以及耐受性的影响。实验中,我们测定了植物总生物量、伸长速率(生长速率的表征)以及叶片和根系中总碳、总氮和三萜皂苷(化学防御物质)的含量。研究结果显示,植物在低土壤氮水平下表现出较高的组成抗性(植物在低土壤氮水平下的叶片三萜皂苷含量高于其在高土壤氮水平的33%)和耐受性[植物被取食后总生物量下降的程度更低(植物在高土壤氮水平和低土壤氮水平下被取食后总生物量分别下降了24%和15%)],而在高土壤氮水平下表现出较高的诱导抗性(在高土壤氮水平下的植物被取食后叶片三萜皂苷含量与空白对照的植物相比升高了24%)。植物的组成抗性和耐受性与生长速率存在权衡,但诱导抗性与生长速率存在显著的正相关性。此外,引入地基因型在低土壤氮水平下叶片碳含量显著低于原产地基因型(-6%),但这种差异在高土壤氮水平下消失。这些结果表明,土壤氮水平 影响植物对不同防御策略的选择偏好,并且在决定引入地基因型的表现时与植食作用存在交互作用。     

除草剂对莲草直胸跳甲存活与繁殖的影响

【背景】除草剂应用是目前防治空心莲子草的主要措施之一,但其可能对空心莲子草的重要天敌昆虫莲草直胸跳甲的存活、发育和繁殖产生不利影响;为了协调应用化学除草剂和莲草直胸跳甲联合控制空心莲子草的防治措施,本研究探明了除草剂对莲草直胸跳甲的安全性。【方法】采用空心莲子草叶片喷施除草剂后饲喂莲草直胸跳甲的方法,测定了使它隆、农达和稻杰3种除草剂对莲草直胸跳甲成虫和3龄幼虫的取食和存活、幼虫化蛹和成虫产卵的影响。【结果】使它隆对莲草直胸跳甲成虫产卵量的影响较小,喷施农达则显著降低莲草直胸跳甲的产卵量,稻杰的影响居中。连续取食除草剂处理的叶片5d,莲草直胸跳甲成虫取食量均显著降低,3种除草剂的影响为使它隆〉农达〉稻杰。农达对莲草直胸跳甲幼虫的取食量影响较大,取食高浓度农达处理的叶片3d后,其幼虫停止取食;稻杰影响较小。除草剂对莲草直胸跳甲雌虫影响较小,存活率较高。【结论与意义】3种供试除草剂中,稻杰对莲草直胸跳甲最安全,以0.9L.ha-1浓度最佳,在空心莲子草的综合治理中可与莲草直胸跳甲协同应用。     

莲草直胸跳甲的空间选择与性别分化

【背景】莲草直胸跳甲是空心莲子草的专一性天敌,成功地大量繁殖是其大规模应用于空心莲子草生物防治的必要条件,为了更好地开展莲草直胸跳甲的室内大量繁殖,明确其不同虫态对空心莲子草空间的选择性具有重要意义。【方法】本研究调查了莲草直胸跳甲成虫取食与产卵、幼虫取食、老熟幼虫化蛹的空间选择性,并分析了空心莲子草茎秆直径对幼虫化蛹空间选择、蛹羽化率和羽化成虫性别分化的影响。【结果】雌雄成虫均嗜好栖息于空心莲子草幼嫩的顶叶,位于顶叶的雌、雄成虫数量分别占整株的62.9%和63.3%;成虫偏好将卵产在第2节叶片上,比例高达41.2%;幼虫主要集中于上部3节的叶片上取食,占84.8%;老熟幼虫化蛹前在茎秆上蛀孔后钻入茎秆中化蛹,其不在第1节茎秆内化蛹,化蛹主要选择在3～5节,其中在第4节茎秆内化蛹量最高,达1.0头.节-1;老熟幼虫在1～5节茎秆内的化蛹量与空心莲子草茎秆直径具有显著相关性（y=-19.209x2＋16.66x＋2.6737,R2=0.841）;羽化成虫的雌雄性比则与茎秆直径呈显著正相关（y=5.5704x-1.1718,R2=0.914）。【结论与意义】莲草直胸跳甲成虫和幼虫均偏好在空心莲子草上部的叶片取食,老熟幼虫化蛹则偏好中部较粗壮的茎节,因此,培育茎秆较粗且老化程度较低的空心莲子草是实现莲草直胸跳甲大量饲养的重要途径。本研究可为优化人工大量饲养繁殖莲草直胸跳甲的条件提供数据支持。     

Invasion by alligator weed,Alternanthera philoxeroides,is associated with decreased species diversity across the latitudinal gradient in China

Aims Invasive species occurrence and their effects on biodiversity may vary along latitudes. We examined the occurrence (species cover) and relative dominance (importance value) of invasive alligator weed, Alternanthera philoxeroides, in its terrestrial habitat in China through a large-scale latitudinal field investigation.Methods We established 59 plots along the latitudinal transect from 21°N to 37°N. We recorded species name, abundance, height and individual species coverage of plants in every quadrat. We then measured α-species diversity variations associated with the A. philoxeroides community across the latitudinal range. We also analyzed the effect of latitude on plant species' distributions in this community by using canonical correspondence analysis (CCA).Important findings We found that species cover and importance value of A. philoxeroides increased in areas <35°N, but decreased at higher latitudes. Lower latitudes supported greater species diversity than higher latitudes. Small-scale invasion of A. philoxeroides was associated with higher species diversity, but community diversity was lower when A. philoxeroides species cover exceeded 36%. Community plant species changed from mesophyte to hygrophyte gradually from low to high latitude. Our research suggests that latitude had significant influences on community diversity which interacted with the biotic resistance of a community and impact of invasion. Consequently, A. philoxeroides may become more invasive and have greater negative impacts on community species diversity in higher latitudes as global climate changes.     

莲草直胸跳甲释放量对其种群构建的影响

【背景】莲草直胸跳甲是外来入侵杂草空心莲子草的专一性天敌,其田间种群密度直接影响对空心莲子草的控制效果。研究莲草直胸跳甲的种群动态和扩散速度对于适时和适量投放莲草直胸跳甲防治空心莲子草具有重要意义。【方法】2008年5月底,在湿地环境的空心莲子草上释放不同密度的莲草直胸跳甲后,对其进行了持续至12月的种群动态调查。【结果】莲草直胸跳甲种群在6～7月和10～11月分别出现2个明显的高峰期。在湿地、旱地和水田3种生境的空心莲子草上释放莲草直胸跳甲后的扩散动态调查表明,莲草直胸跳甲在旱地的扩散能力强于湿地和水田,放虫后18d,距释放中心点6m处,旱地生境的种群数目大于湿地生境和水田生境。【结论与意义】应用莲草直胸跳甲防治空心莲子草的释放适期为早春5～6月,在不同生境进行释放时,需根据其扩散能力确定适宜的释放点密度和释放量。