氮脉冲对外来植物南美蟛蜞菊入侵性的影响及其内在机理研究

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全球气候的变化,尤其是全球范围内氮沉降水平的加剧及氮素的时空分布不均严重地影响着外来植物的入侵进程。目前关于氮脉冲对外来入侵植物和本地植物生理生态影响及其内在机理的比较研究较为有限。因此,本研究拟分别结合不同氮沉降水平、光周期及竞争模式等层面,通过研究比较氮脉冲对外来入侵植物南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊表型生长、光合作用系统、抗氧化系统及植物内源激素配比的改变等方面,深入揭示氮脉冲对外来入侵植物南美蟛蜞菊入侵性的影响及其内在机理。本论文主要研究结果如下:(1)从不同氮浓度下氮脉冲的影响来说,中氮水平(10g·N·m-2·year-1)下,南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊对氮脉冲的响应最明显。与本地蟛蜞菊相比,南美蟛蜞菊对中高氮水平下氮脉冲环境具有更强的适应性,体现在其地上部分的生长与地下根系的发育上。无论单峰或多峰氮脉冲环境两种植物的叶绿素、叶氮含量均显著增长。中高氮水平下氮脉冲对本地蟛蜞菊有明显的氧化胁迫,其叶片ROS和MDA含量显著增加。(2)从不同光周期的影响来说,无论是否施加氮脉冲,光周期的延长对两种植物地上部分的生长与地下根系的发育均有显著的促进作用,分别体现在叶面积、叶绿素和叶氮含量、主根数上。同时,我们发现南美蟛蜞菊在应对氮脉冲环境时更倾向于主茎的生长,而本地蟛蜞菊则更倾向于侧茎的生长。在短光周期处理下,氮脉冲对南美蟛蜞菊与本地蟛蜞菊的生长均有抑制作用,尤其是单峰氮脉冲处理时,这种抑制作用在长光周期处理下减小。我们还发现光周期的延长在一定程度上可以弥补单峰氮脉冲对两种植物带来的不利影响。(3)从不同竞争模式的影响来说,与单一种植相比,混种模式促进了植物的生长。随着南美蟛蜞菊种植比例的减小,与恒定施氮相比,氮脉冲增加了南美蟛蜞菊的叶面积,而抑制了其根系发育。竞争模式下,氮脉冲使得南美蟛蜞菊的生物量显著增加,而本地蟛蜞菊则并不显著。无论恒定施氮、单峰或多峰氮脉冲,两种植物的种植比例如何变化,南美蟛蜞菊RII值均大于本地蟛蜞菊,表明南美蟛蜞菊在竞争中时始终占据优势。我们还发现竞争模式下氮脉冲显著影响了两种植物的光合系统和抗氧化系统。(4)从植物内源激素配比的变化来说,光周期的延长对南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊地上部分激素配比的影响比较相似,而对地下激素配比,南美蟛蜞菊倾向于ABA/IAA比值的减小,本地蟛蜞菊则倾向于ABA/IAA、ABA/GA比值的降低。短光周期下,多峰氮脉冲对本地蟛蜞菊激素配比的影响比南美蟛蜞菊更为明显,而长光周期下,多峰氮脉冲对两种植物的激素分配均有显著影响。无论哪种氮脉冲形式,长短光周期的处理下两种植物内源激素配比的改变都与其总生物量、根系发育密切相关。竞争模式的改变显著影响两种植物内源激素的配比,且这些变化与植物的抗氧化系统密切相关。综上所述,本论文以农业生态系统中常见的氮脉冲对外来植物入侵性的影响为切入点,通过研究表明不同氮浓度、光周期以及竞争模式下氮脉冲均会引起南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊内部资源分配的变化,具体体现在其光合作用系统、抗氧化系统及植物内源激素配比的变化上,且南美蟛蜞菊在此过程中比本地蟛蜞菊更具优势。这些研究结果可为外来入侵植物在农业生态灌溉系统中的入侵防控提供有效预警,也可为其生态防控提供具体的数据支撑和新的思路。
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