四种牧草植物替代控制对黄顶菊入侵土壤细菌多样性的影响

土壤微生物群落与植物的生长发育密切相关, 入侵植物可以改变入侵地土壤微生物类群, 使土壤理化性质发生变化, 从而促进其入侵过程。该文通过比较高丹草(Sorghum bicolor × S. sudanense)、向日葵(Helianthus annuus)、紫花苜蓿(Medi- cago sativa)和多年生黑麦草(Lolium perenne)4种替代植物与黄顶菊(Flaveria bidentis)混合种植(以下简称混种)后不同时期的土壤细菌多样性的变化, 揭示土壤细菌群落对黄顶菊入侵及替代管理措施的响应规律。结果表明, 单独种植(以下简称单种)黄顶菊的土壤细菌多样性下降, 并且在整个生长期多样性指数多数情况下低于高丹草、向日葵、紫花苜蓿和多年生黑麦草单种或与黄顶菊混种的土壤。当4种替代植物与黄顶菊混种后, 土壤细菌16S rRNA的变性梯度凝胶电泳(DGGE)图谱与它们分别种植时存在明显差异, 且不同生长期各个混种土壤都有特征细菌群落。4种替代植物单种或与黄顶菊混种的土壤细菌Shannon多样性指数变化规律与植物生长发育趋势相同, 7月份达到高峰, 8月份开始降低。总之, 黄顶菊入侵降低了土壤细菌群落多样性, 4种替代植物与黄顶菊混种后, 又可提高土壤细菌群落多样性, 这种变化对黄顶菊成功入侵和替代防控具有重要作用。     

入侵植物黄顶菊与3种牧草竞争效应研究

以入侵植物黄顶菊和多年生黑麦草、紫花苜蓿、高丹草3种牧草为试验材料,采用盆栽取代试验方法观察了不同密度及比例条件下4种植物的竞争表现,为黄顶菊生物替代提供理论依据.结果表明:(1)在3种牧草中,高丹草对黄顶菊株高控制效果最为明显,并以苗期效果最好,在低密度比例下对黄顶菊抑制率即可达60.00%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿的控制效果较差,在低密度比例下对黄顶菊起不到抑制作用.(2)在高丹草低密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数比对照均明显减少,抑制率分别可达91.40%和44.87%;而多年生黑麦草和紫花苜蓿各密度替代组合中,黄顶菊单株生物量、分枝数与对照相同或大于对照.(3)在各个生育时期,除高密度高丹草替代组合外,其他组合中黄顶菊的相对产量值均极显著小于1.0,生长受明显抑制;而在各替代密度下,多年生黑麦草、紫花苜蓿与黄顶菊竞争替代效果均不明显.研究发现,高丹草的替代效果明显优于多年生黑麦草和紫花苜蓿,可以作为生物替代的材料对黄顶菊进行替代控制,且在植株比为1∶3比例下即可实现理想控制效果.     

替代牧草对黄顶菊生物量分配及光合作用的影响

选用高丹草、沙打旺两种牧草对入侵植物黄顶菊进行生物替代,比较不同替代处理中黄顶菊的生物量分配和光合特性的差异以验证替代效果。结果表明:替代调控明显地影响了黄顶菊的生物量积累并且改变了其分配格局;替代处理区的各生物量指标均显著低于对照区;与黄顶菊单种对照相比,沙打旺和高丹草中的黄顶菊总生物量分别下降了90.2%、94.2%;沙打旺中的黄顶菊和高丹草中的黄顶菊叶生物量比升高,而根生物量比、支持结构生物量比、根冠比降低,显示黄顶菊在替代处理下倾向于增加光合同化器官面积。替代处理下的黄顶菊光合作用均受到显著影响,净光合速率Pn显著下降,其中高丹草中的黄顶菊的Pn仅为2.15 μmolCO2·m-2·s-1。试验结果显示,在替代条件下限制光合的主要因素是非气孔限制因素,即导致黄顶菊光合作用大幅下降的原因是替代牧草遮阴作用引起的光能供应的不足。可塑性指数分析表明,黄顶菊具有较高的表型可塑性,显示其对逆境条件较强的适应性与入侵能力。替代措施能抑制黄顶菊的生物量积累与繁殖,影响其光合生产力,具有较好的防控效果。     

入侵植物替代控制中土著种选择机制的研究

生物入侵对入侵地生态系统的稳定性及社会经济造成严重危害,成为全球三大环境问题之一。为有效治理入侵植物,结合常采用的物理、化学和生物防治等方法,从防治机制方面分析土著种替代控制入侵植物的有效性。通常土著种替代控制入侵植物是由于土著植物向环境中分泌化感物质,使得土壤中的微生物、动物以及化学成分相互作用,从而改变了入侵植物的生存环境。同时,土著植物利用自身的优势条件与入侵植物进行养分和光能等资源竞争,使入侵植物处于不利地位。通过对替代控制机理的概述,提出了替代植物的选择方法,讨论了需要进一步加强的领域,以期拓展替代控制这一领域的广度和深度,为入侵植物的生态防治提供理论依据。     

外来植物黄顶菊营养器官解剖特征及其生态适应性

采用扫描电镜和光学显微镜对外来植物黄顶菊营养器官的解剖结构研究。结果表明：黄顶菊叶片表皮具较厚的角质层、下陷气孔,叶片为等面叶、全栅型,叶肉细胞环绕维管束鞘细胞紧密排列,是典型C₄植物的Kranz花环结构;茎中厚角组织和维管组织发达,根中还存在通气组织;根、茎、叶中均存在分泌结构。综合光照、温度、土壤pH、有机质、含盐量及伴生种等生态因子分析表明,黄顶菊喜光、喜高温,耐受干旱、盐碱及贫瘠土壤,可与一些耐干旱耐盐碱较强的植物共生。黄顶菊营养器官特别是叶片的解剖特征体现的生态适应性可能与其耐受恶劣生境的能力之间存在一定的相关性,可能是导致黄顶菊具有较强入侵性的原因之一。     

入侵植物飞机草与4种牧草的竞争效应

【背景】飞机草是我国危害最严重的入侵植物之一,目前仍缺乏可持续的控制手段。【方法】运用De Wit取代试验研究法,设置2株·盆-1(42.42株·m~(-2))、4株·盆-1(84.84株·m-2)和8株·盆~(-1)(169.68株·m~(-2))3种密度,分别研究杂交狼尾草、木豆、山毛豆和宽叶雀稗与飞机草的竞争效应,以明确4种牧草对飞机草的替代控制潜力。【结果】3种密度下,杂交狼尾草和木豆均可以显著抑制飞机草的生长,其竞争平衡指数显著大于0,说明杂交狼尾草和木豆的竞争力均大于飞机草;山毛豆和宽叶雀稗的相对产量均显著小于1,其竞争平衡指数均显著小于0,说明山毛豆和宽叶雀稗的竞争力小于飞机草。【结论】杂交狼尾草和木豆可用作飞机草的替代控制植物。     

入侵植物黄顶菊与本地植物的竞争

温室和田间试验条件下,对黄顶菊与4种本地植物(马唐、牛筋、反枝苋和苘麻)在3种混生比例下的竞争效应进行了研究.温室试验结果表明:黄顶菊与马唐或牛筋混生所占比例低时,其株高受到明显抑制,在混生比例相同或黄顶菊所占比例高时,其株高未受到抑制;与反枝苋或苘麻混生时,黄顶菊的株高受到明显抑制,而反枝苋和苘麻的株高未受到抑制;黄顶菊与这4种本地植物混生,相对产量总和接近1;与马唐混生时,黄顶菊在高比例下的相对产量与1接近,而在其他比例下的相对产量均<1;与牛筋、反枝苋和苘麻混生时,黄顶菊的相对产量均显著<1;与4种本地植物混生,黄顶菊的竞争攻击力系数均<0.田间试验和温室试验结果一致.研究表明,黄顶菊与马唐、牛筋、反枝苋和苘麻利用相同的营养资源,其竞争力比供试的本地植物弱.     

不同植物(组合)对入侵杂草黄顶菊功能性状的影响

【目的】外来植物的入侵能力与其性状之间的关系是入侵生态学中的基本问题之一。外来植物成功入侵具备哪些植物功能性状,一直是研究的热点问题,研究和把握这些性状对外来植物的入侵机理研究具有重要的现实意义。【方法】利用同质园实验,以入侵植物黄顶菊为研究对象,设置不同的植物(或组合)与黄顶菊竞争处理,研究不同植物(组合)对黄顶菊植物功能性状的影响,从而探究不同植物对黄顶菊的抵御能力。【结果】地肤、苘麻、苏丹草和苏丹草与地肤、黄花草木樨组合对黄顶菊有一定抑制作用,混种处理中黄顶菊的生物量、分枝数、株高显著低于黄顶菊单种处理,且对叶片功能性状、根功能性状、植株的全C和全N量等都有一定程度的影响。而反枝苋、反枝苋和紫花苜蓿组合对黄顶菊的生长有一定的促进作用,混种处理中黄顶菊的生物量与全C、全N含量较单种黄顶菊显著增加。【结论】不同植物与黄顶菊竞争生长对黄顶菊的影响不同,地肤和苘麻可以显著地抑制黄顶菊的主要功能性状生长发育,而反枝苋和紫花苜蓿促进黄顶菊生长发育。     

外来入侵植物黄顶菊在我国的地理分布格局及其时空动态

【目的】黄顶菊是20世纪90年代入侵我国的恶性外来杂草,近年来呈快速扩散蔓延趋势。全面解析黄顶菊在我国的扩散动态对制定早期监测预警等管理措施具有重要意义。【方法】通过查阅文献和标本记录及实地调查等途径重建了黄顶菊在我国扩散的历史过程,分析了其地理分布格局及其主要扩散路线,以及最早入侵地与传入途径。【结果】黄顶菊最早入侵河北省南部的邯郸、衡水,其后主要沿公路扩散蔓延,71%的分布点在距入侵地国道等主要公路2 km的范围内。目前,该杂草已从最初的入侵地向北扩散到天津市,向东扩散到山东省东营市,向西扩散到了山西省黎城市,向南扩散到了河南省开封市。黄顶菊向4个方向扩散的直线距离不等(100～350 km),这种差异与自然屏障和扩散通道相关。太行山脉是黄顶菊向西扩散的地理屏障,但这个屏障已逐渐被突破。至今,黄顶菊已入侵华北地区5个省市(河北、山东、天津、河南和山西)的100余个县。【结论】黄顶菊在我国仍处于快速扩散阶段,未来应该会继续沿公路向南和向西蔓延。因此,亟需在扩散的前沿地带开展监测预警工作,以抑制其在我国的进一步扩散。     

植物替代控制3种入侵杂草技术的研究与应用进展

植物替代控制是利用一种或多种植物的生长优势控制入侵杂草的方法,它是控制外来杂草危害的有效途径之一;因其既可控制入侵杂草危害又能取得一定的经济效益及生态效益而被人们广泛接受。本文简要介绍了我国3种入侵杂草植物替代控制技术研究与应用现状,系统总结了植物替代控制技术阻截和修复豚草、紫茎泽兰及黄顶菊扩散危害的技术模式和效果,提出了植物替代控制技术未来研究的方向和重点。     

Phosphorylation of phosphoenolpyruvate carboxylase is not essential for high photosynthetic rates in the C4 species Flaveria bidentis

Phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC; EC4.1.1.31) plays a key role during C(4) photosynthesis. The enzyme is activated by metabolites such as glucose-6-phosphate and inhibited by malate. This metabolite sensitivity is modulated by the reversible phosphorylation of a conserved serine residue near the N terminus in response to light. The phosphorylation of PEPC is modulated by a protein kinase specific to PEPC (PEPC-PK). To explore the role PEPC-PK plays in the regulation of C(4) photosynthetic CO(2) fixation, we have transformed Flaveria bidentis (a C(4) dicot) with antisense or RNA interference constructs targeted at the mRNA of this PEPC-PK. We generated several independent transgenic lines where PEPC is not phosphorylated in the light, demonstrating that this PEPC-PK is essential for the phosphorylation of PEPC in vivo. Malate sensitivity of PEPC extracted from these transgenic lines in the light was similar to the malate sensitivity of PEPC extracted from darkened wild-type leaves but greater than the malate sensitivity observed in PEPC extracted from wild-type leaves in the light, confirming the link between PEPC phosphorylation and the degree of malate inhibition. There were, however, no differences in the CO(2) and light response of CO(2) assimilation rates between wild-type plants and transgenic plants with low PEPC phosphorylation, showing that phosphorylation of PEPC in the light is not essential for efficient C(4) photosynthesis for plants grown under standard glasshouse conditions. This raises the intriguing question of what role this complexly regulated reversible phosphorylation of PEPC plays in C(4) photosynthesis.     

不同盐胁迫对外来植物黄顶菊生理特征的影响

以外来植物黄顶菊幼苗为材料,通过室内盆栽实验比较不同盐度中性盐(NaCl)和碱性盐(Na2CO3)胁迫对其生长和生理指标的影响。结果表明:(1)两种盐胁迫均能不同程度引起黄顶菊叶片细胞膜的完整性损伤和叶片电解质外渗率升高,且Na2CO3的伤害更严重;黄顶菊植株叶内丙二醛含量在各盐度NaCl胁迫处理下无显著变化,而在Na2CO3处理下却显著升高,且150 mmol/L Na2CO3处理叶内达到最高值(2.284×10-2μmol.g-1FW)。(2)黄顶菊的生长在低盐度的NaCl(50 mmol/L)处理下受到一定的促进,而相同盐度的Na2CO3下却受到明显抑制;经NaCl处理的黄顶菊地上部分和地下部分日相对生长率均大于相同盐度的Na2CO3处理。(3)黄顶菊叶内可溶性糖和游离脯氨酸含量在NaCl胁迫处理中变化不显著,而它们在Na2CO3处理植株中却变化显著,两者在200mmol/L Na2CO3处理植株叶内分别达到177.3μmol.g-1FW和4.21 mg.g-1DW;NaCl处理的黄顶菊地上部分含水量明显高于相同盐度下的Na2CO3处理,而两种盐对黄顶菊地下部分相对含水量的影响不显著。研究发现,黄顶菊对于中性盐渍土具有较强的耐性和抗性,而在碱性盐渍土上的侵入和发展均受到一定的抑制。     

Partial Purification and Some Properties of Flavonol 7-Sulfotransferase from Flaveria bidentis

A novel flavonol-specific sulfotransferase was partially purified from the shoot tips of Flaveria bidentis var. Angustifolia O.K. (Asteraceae) by chromatography on 3′-phosphoadenosine 5′-phosphate-agarose affinity column and chromatofocusing on Mono P. The latter step resulted in the separation of two isoforms, both of which exhibited expressed specificity for position 7 of quercetin 3,3′- and quercetin 3,4′-disulfate. The 7-sulfotransferase isoforms I and II had a pH optimum of 7.5 in phosphate buffer, apparent pl values of 6.5 and 6.3, and an M_r of 35,000. They had no requirement for divalent cations and were not inhibited by EDTA or SH group reagents. Their K_m values for both the sulfate donor and flavonol acceptor were of the same order of magnitude (0.20-0.46 micromolar). This enzyme, together with the recently reported flavonol 3-, 3′-, and 4′-sulfotransferases from F. chloraefolia (L Varin, RK Ibrahim [1989] Plant Physiol 90: 977-981) form the complement involved in the biosynthesis of polysulfated flavonols in this genus. A proposed sequential order for the enzymatic sulfation in both species is described.     

黄顶菊入侵对土壤养分和酶活性的影响

比较了外来植物黄顶菊不同入侵程度土壤养分和土壤酶活性变化规律,探讨了外来植物入侵对土壤生态的影响机制。结果表明,与裸土和本地植物土壤相比,黄顶菊入侵显著提高了有机质、全氮、硝态氮和铵态氮的含量,而全磷和速效磷的含量有所下降,且随着入侵程度增强趋势更为明显。重度入侵土壤有机质较本地植物土壤提高5.7%,全氮提高23.4%;而重度入侵土壤全磷含量只有本地植物的85%,土壤速效磷含量则下降了50%。黄顶菊重度入侵土壤和轻度入侵土壤脲酶含量分别为0.04和0.03mg.g-1.24h-1,均显著高于裸土和本地植物土壤,土壤磷酸酶活性变化规律与之类似,而多酚氧化酶无明显的变化。黄顶菊入侵可以改变土壤养分和土壤酶活性,创造对自身生长有利的土壤环境,并借此增强其竞争能力,实现种群的进一步扩张。