入侵植物喜旱莲子草对天敌的响应及机制研究

【摘要】为阐明入侵植物喜旱莲子草的入侵机理，阐明水生型喜旱莲子草如何快速进化为水陆两栖型与陆生型，探讨不同生态型喜旱莲子草在碰到本地昆虫取食的响应模式，本文以喜旱莲子草为研究对象，采用去叶处理以模拟昆虫取食，分析陆生、水生和水陆两栖三种生态型喜旱莲子草响应模拟昆虫取食的光合能力、形态特征、茎结构、生物量和化学防御物质的变化，分析三种生态型对碰到本地天敌昆虫的响应。结果发现：1.喜旱莲子草受到去叶胁迫后，陆生型净光合速率显著降低，水陆两栖型和水生型净光合速率(Pn)升高；水分利用效率(WUE)、胞间CO2浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)的变化规律与其一致。去叶处理降低了喜旱莲子草的分枝数、节数、茎长和平均节间长、总叶面积，尤其对陆生型喜旱莲子草的茎长影响极显著。2.陆生型喜旱莲子草的皮层厚度和皮层厚度比在受到草食昆虫胁迫后增大，厚角组织厚度、维管束数目和直径、茎直径、髓腔直径、维管束面积比和髓腔面积比均在受到胁迫后降低，而水生型的除皮层厚度和厚角组织厚度增大外，其余指标也降低。3.去叶处理降低了三种生态型喜旱莲子草的根、茎、叶生物量和总生物量，各部分均显著降低，且根冠比均升高，说明喜旱莲子草在受到去叶处理后将资源更多地投入到地下部分，以供给地上部分的资源消耗，维持植物生长。4.喜旱莲子草在受到去叶胁迫后体内总糖和木质素含量下降，单宁和总酚含量上升。陆生型喜旱莲子草在响应去叶胁迫时，抗性-耐性呈显著负相关，水陆两栖型和水生型喜旱莲子草的单宁含量也随着生物量的降低而降低。综上，模拟昆虫取食处理可以在一定程度上抑制入侵植物喜旱莲子草的生长，防治其大肆蔓延，尤其对陆生型喜旱莲子草具有显著控制效应，可以考虑作为一种潜在的生物防治方式。本次研究结果还显示，喜旱莲子草在入侵进入新的栖息地后，遇到本地草食昆虫取食或潜在的去叶威胁时，通过抗性和耐性两种防御方式共同抵御环境压力，且抗性和耐性在一定程度上具有相关性。此外，为了研究入侵植物喜旱莲子草在经过多代的演化后是否能够发生快速进化，而不是仅仅依靠于表型可塑性入侵生长，我们根据喜旱莲子草为无性繁殖且生长迅速的这一特点，采用实验室模拟进化的方法，分析喜旱莲子草在水生与陆生两种生境下碰到本地天敌昆虫或受到潜在的去叶影响后，其形态结构、生物量和化学防御物质的进化。结果发现：1.随着培养代数的增加，陆生生境中生长的喜旱莲子草的分枝数增多，茎长、节数、叶片数、叶面积、根长、根体积均降低；水生生境中的喜旱莲子草的分枝数、茎长、节数、叶片数和根体积随着代数的增加而增加，叶面积和根长则减小。2.随着培养代数的增加，喜旱莲子草的茎直径逐渐减小，皮层厚度、厚角组织厚度、维管束直径及髓腔直径减小，茎部生长速度趋于缓慢。3.喜旱莲子草各部分生物量及总生物量均随着培养代数的增加而降低，陆生对照、陆生去叶、水生对照和水生去叶四种处理下的生长速率分别降低3.64%、2.85%、2.76%、1.21%。4.随着代数的增加，喜旱莲子草的总糖含量和木质素含量显著减少，而单宁和总酚则逐渐增加。陆生对照、陆生去叶、水生对照和水生去叶四种生境中单宁含量分别增加了0.09%、0.11%、0.05%、0.14%；总酚含量分别增加了1.71%、1.19%、1.88%、1.8%。综上，我们认为喜旱莲子草入侵我国后，碰到本地新天敌时，不同生境中响应胁迫的策略不同，陆生生境中喜旱莲子草减缓生长，抗性增强；水生生境中抗性与耐受性同时发生作用。研究还表明喜旱莲子草在连续的培养过程中从第四代开始趋于稳定，可能发生了短期进化。但要确认其是否发生还需要后续的同质园实验进一步证明。
【作者】郭素民；
【导师】闫明；李钧敏；
【作者基本信息】山西师范大学，生态学，2014，硕士
【关键词】入侵植物；喜旱莲子草；模拟昆虫取食；抗性与耐受性；快速进化；

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