外来植物小飞蓬(Conyza canadensis L.)入侵机理研究

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原产于北美洲菊科白酒草属小飞蓬(Conyza Canadensis L.)现已成为世界性杂草,在我国很多地区广泛分布,具有较强的生态破坏力。本论文以“有害生物综合治理”为基本原则,以入侵生物学、生理学、生理生态学及生理化学为主线,研究小飞蓬入侵机理。生物学特性以野外自然生长的小飞蓬植株为观察对象,分别研究小飞蓬的生长习性,构件生物量分配,并通过和有效积温进行相关分析,了解小飞蓬光合物质的积累情况和营养物质分配比例;生理学特性以抗干旱机制为切入点,以不同质量分数PEG-6000模拟干旱条件处理生长期小飞蓬植物,通过含水量、叶绿素、丙二醛、脯氨酸、过氧化酶系统的应激性变化,分析其抗旱机理;生理生态学特性以光合作用为研究的切入点,在自然光照条件和人工模拟光照、C02条件下,测定小飞蓬的净光合速率、蒸腾速率、水分利用率的变化规律,并分析与生态因子的相关性,从干物质积累速度方面解释其入侵机制;生理生化特性以化感作用为研究切入点,深入研究小飞蓬化感作用,分别进行小飞蓬的化感潜力分析、化感有效部位筛选、化感物质提取和鉴定、化感物质作用机理研究。主要结果如下:1.小飞蓬生物学特性对小飞蓬生长期的各项生物学指标测定结果表明,其植株生长周期为4月-10月,生长速度总体上呈现4月生长较慢,5月生长逐渐开始加快,6月-7月进入生长旺盛期;通过将小飞蓬生物性状与有效积温的相关性分析,得出小飞蓬的地上部分生长速度与有效积温高度相关,且增长比例与有效积温的增加比例也高度相关。这说明小飞蓬的生殖对策是短期内实现生物量的最大累积。2.小飞蓬生理学特性测定小飞蓬在干旱胁迫条件下各项生理指标变化情况,其植株在不同胁迫水平下自由水、束缚水及自由水/束缚水的比值呈现一定的变化,但是与对照组差异不显著,说明小飞蓬具有较强的保水能力;胁迫条件下,小飞蓬叶绿素含量呈下降趋势,但是叶绿素a/叶绿素b比值却升高;同时,在干旱胁迫下,小飞蓬的防御体系启动:丙二醛含量持续升高,游离脯氨酸含量持续升高,抗氧化酶系统出现先上升再下降的变化趋势。本试验表明小飞蓬的生物膜和酶系统均受到干旱的破坏,而其强的适应性则是通过对体内物质的利用率提高来获得。说明小飞蓬通过多条途径适应干旱胁迫,也证明了外来入侵植物具有复杂的调节机制。3.小飞蓬生理生态特性对小飞蓬的光合日变化进行测定,得出其净光合速率日变化呈双峰曲线,具有明显“午休”现象;蒸腾速率日变化基本呈双峰曲线;水分利用率与净光合速率的变化趋势基本一致。将净光合速率与生态因子之间做相关性分析,净光合速率与有效光辐射和温度呈显著正相关,与相对湿度呈显著负相关。在模拟光照和C02条件下,拟合得出小飞蓬的光饱和点、补偿点和C02饱和点、补偿点。小飞蓬的光饱和点和光补偿点分别为1634.00和:23.84μmol·m-2.s-1,介于2种伴生植物之间,并且与伴生植物差异显著;光饱和点下的最大净光合速率为28.12μmol·m-2.s-1,显著高于2种伴生植物;表观量子效率为0.06,与山苦荬差异不显著,与鸭跖草之间差异显著。小飞蓬的C02饱和点与C02补偿点分别为834.00和23.69μmol·m-2.s-1;CO2饱和点下的最大净光合速率为31.97μmol·m-2.s-1,介于2种伴生植物之间;羧化效率为0.078,显著高于伴生植物;有效光合辐射和C02浓度的变化对小飞蓬及2种伴生植物的气孔导度、蒸腾速率影响不显著,但显著影响其水分利用率。表明小飞蓬具有较高的光合速率和物质积累能力,较高的生产力是其成功入侵的重要因素之一。4.小飞蓬生理生化特性通过对小飞蓬化感潜力分析发现,其水浸提液对9种受试植物均产生不同程度的化感作用。进一步的有效部位筛选,发现小飞蓬茎干粉的丙酮浸提液中含有抑制种子发芽和幼苗生长的化感物质。将小飞蓬茎丙酮浸提液通过色谱柱分离和活性跟踪、制备型液相色谱纯化、高分辨质谱和核磁共振鉴定得出化感活性物质分子量为428.3727,鉴定化合物为3Beta-羟基豆甾-5-烯-7-酮(3β-hydroxysitost-5-en-7-one).进一步分析3β-hydroxysitost-5-en-7-one作用的机理发现其对受体植物的可溶性蛋白、SOD.POD和CAT均产生不同程度的影响,并且这种影响程度与其剂量关系密切,说明3β-hydroxysitost-5-en-7-one打破受体植物体内的抗氧化酶体系的平衡。
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