繁殖模式和环境胁迫对入侵植物繁殖投入的影响

发布时间：2020-05-04 10:28

【摘要】：植物的资源分配往往受到植物的繁殖模式、生活史特征和所处的环境影响。入侵植物合理有效的资源分配,特别是对繁殖部位的投入,往往能促进入侵植物的适应和扩散。因此,开展相关的研究是了解入侵植物入侵机制的关键。本研究主要以入侵植物的繁殖模式(有性繁殖和克隆繁殖)和生活史(寿命与繁殖次数)特征为出发点,以乌桕(Traadica sebifera)、空心莲子草(Alternanthera phioxeroides)、美洲商陆(phytolaccaaamericana)、白花鬼针草(Bidensalba)和土人参(Talinumpaniculatum)为研究对象,探讨多种不同繁殖模式的入侵植物在异质多变的环境中对其繁殖部分的资源分配。(1)为了比较乌桕(多年生乔木)入侵地和原产地种群种子的理化差异及其对萌发的影响,本研究选用了 12个原产地(中国)种群和12个入侵地(美国)种群,测定种子的物理特性(大小、硬度、种皮厚度)和化学特性(蛋白质、脂肪、可溶性糖、赤霉素和脱落酸),并进行了种子萌发实验。研究发现,乌桕入侵地种群的种子大小、种仁的赤霉素含量及赤霉素与脱落酸比值都显著高于原产地种群,但种子的粗脂肪含量显著低于原产地种群,其他特性如种子硬度、种皮厚度、可溶性蛋白质、可溶性糖等均无显著性差异。同时,乌桕入侵地种群种子的萌发速度显著快于原产地种群。以上结果表明,入侵种群具有较高的赤霉素含量且体积较大,导致种子萌发较快,这可能有助于乌桕的成功入侵。(2)为了研究入侵植物空心莲子草(多年生克隆繁殖草本)在水陆生境中的资源分配规律,本研究对不同境中空心莲子草的地上生物量、花序数和土壤营养进行了野外调查。此外,为了研究环境因素对空心莲子草有性繁殖资源分配的影响,本研究还进行了不同营养、密度和水分处理的同质园实验。野外调查发现,与陆生生境相比,水生生境中空心莲子草产出更多的花序,而且具有雌雄同花的花序比例也显著高于陆生生境。水生生境中土壤营养(总氮、总碳)显著高于陆生生境中的土壤营养。同质园实验发现,营养的添加、密度的增大和水分的增加均能显著促进了空心莲子草花序的产生和对有性繁殖的资源投入。以上结果表明:在资源丰富水生生境中空心莲子草会向有性繁殖部分投入更多资源。(3)为了研究营养对白花鬼针草(一年生草本)、土人参(多年生具有混合繁殖模式的草本)、美洲商陆(多年生具有混合繁殖模式的草本)和空心莲子草(多年生克隆繁殖草本)资源分配的影响,本研究进行不同营养水平处理的同质园实验。研究发现,添加营养显著促进植物的地上生长,并促进对有性繁殖的资源分配。总体上,入侵植物资源分配对营养的反应与最优资源分配理论预测相符。(4)为了研究营养和温度的交互作用对空心莲子草和美洲商陆资源分配的影响,本研究同样进行了不同处理的同质园实验。研究结果发现,高温胁迫抑制植物生长、降低植物对有性繁殖的资源分配;而添加营养能促进植物生长,并提高植物对有性繁殖的投入。这些研究结果显示,营养是引起植物资源分配变化的主要因素。(5)为了探究取食和竞争作用对空心莲子草有性繁殖分配的影响,本文研究了莲子草的竞争、莲子草直胸跳甲和虾钳菜披龟甲取食作用对空心莲子草花序的影响。研究发现竞争或取食均能显著降低植物的花序数。但是,空心莲子草对有性投入比没有受到影响。本文还研究了严重的取食作用对土人参生长和繁殖的影响。结果表明,昆虫取食作用显著抑制了植物生长,并降低了植物对有性繁殖的投入,但地上取食作用提高了植物的根冠比。综上所述,入侵植物的入侵地种群在有性繁殖的投入上已经发生了适应性的进化。此外,入侵植物对繁殖资源投入主要受到营养条件所调节,符合最优分配理论,但昆虫取食作用会引起入侵植物补充生长,使入侵植物减少对有性繁殖的投入。入侵植物在繁殖策略和繁殖投入上的适应性可能是其成功入侵的重要原因。
【图文】：

乌桕,原产地,乌桕种子,克隆繁殖

乌桕汾ｒａ），多年生木本，单一有性繁殖物种，隶属于大戟科逡逑（Ｅｕｐｈｏｒｂｉａｃｅａｅ）乌桕属（７Ｗａｃｆｃａ）。乌桕种子通常在１０月中下旬完全成熟，逡逑果皮脱落，露出带有白色蜡质的种子（图１．１）。低温层积可以促进乌桕种子萌发逡逑（Ｈｏｕ等，２０１４），但乌桕种皮或胚乳壳中含有的花青素Ｐｒｏａｎｔｈｏｃｙａｎｉｄｉｎｓ（ＰＡｓ）逡逑会通过上调与休眠相关基因表达和赤霉素压制基因而阻止或延缓乌桕种子萌发逡逑（Ｓｈａｈ等，２０１８）。有研究表明，经过７年的乌桕种子仍可以萌发，并在晚冬早逡逑春时期或变温的条件下有很好的萌发率（Ｃａｍｅｒｏｎ等，２０００；邋Ｎｉｊｊｅｒ等，２００２）。逡逑乌桕原产于东亚，是我国主要木本油料和观赏植物（张家亮等，２０１５）。由逡逑于巨大经济价值，乌桕于１７７２年被引入美国，并迅速在美国南部沿海地区蔓延，逡逑形成入侵（Ｎｉｊｊｅｒ等，２００２），被列为美国十大“入侵植物”之一。与原产地种群逡逑相比，在幼苗阶段，乌桕入侵地种群有着较高的相对生长率和总生物量（Ｚｏｕ等，逡逑８逡逑

空心莲子草,花序

逡逑入侵地，空心莲子草主要以茎节和宿根进行无性繁殖和扩散（图１．２），遗传多样逡逑性低（Ｗａｎｇ等，２００５；邋Ｙｅ等，２００３）。空心莲子草的无性克隆繁殖能力很强，逡逑一节根状茎、匍匐茎或０．２邋ｃｍ肉质状根片段均可以成活（陈中义和江红英，２００９；逡逑陈中义等，２０１０；林金成和强胜，２００４）；萌发一个芽体需要不到０．１邋ｇ的贮藏根逡逑（贾昕等，２００８）（图邋１．２）。逡逑以往的研宄主要关注在表型可塑性、环境耐受性、无性繁殖（克隆整合）、逡逑与本土植物或天敌的互作及全球气候变化下这些互作的变化（Ｄｏｎｇ等，２０１５；逡逑Ｇｅｎｇ邋等，２００６；邋Ｌｕ邋等，２０１５，，２０１６；邋Ｗａｎｇ邋等，２０１５；邋Ｙｏｕ邋等，２０１４），而对空逡逑心莲子草的有性繁殖方面关注较少。在入侵地，空心莲子草也有极低结籽现象，逡逑导致空心莲子草有性繁殖失败的原因有雄蕊心皮化、花粉败育或不育（Ｌｉｕ等
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q945

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