不同地区菊科入侵植物与本地种光合特性的比较
不同地区菊科入侵植物与本地种光合特性的比较
【摘要】： 由于全球经济和贸易的不断发展,加速了人类活动和往来的频率,同时也带来了外来生物入侵的问题。在我国目前造成严重生态影响和农林业损失的外来生物中,入侵植物占有重要的地位。菊科入侵植物同时又是入侵植物的重要组成部分,而光合作用是绿色植物赖以生存的机制,为了探求菊科入侵植物入侵机制,了解菊科入侵植物与本地种光合特性的差异,本文以我国主要的菊科入侵植物包括薇甘菊、紫茎泽兰、飞机草、三叶鬼针草、银胶菊、黄顶菊、豚草和三裂叶豚草为研究对象,以其本地共生植物作为对照,设置不同研究区域,比较分析了8种菊科入侵植物与其本地共生种光合特性的差异。主要研究结果如下：本研究分析了菊科入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)、紫茎泽兰(Ageratina adenophora)、飞机草(Chromolaena odorata)、三叶鬼针草(Bidens pilosa)与其共生的菊科非入侵植物熊耳草(Ageratum houstonianum)光合特性的差异。结果表明,相比熊耳草,入侵植物薇甘菊、紫茎泽兰、飞机草和三叶鬼针草的最大净光合速率(maximum net photosynthetic rate, Pnmax)显著较高,分别为15.921、18.688、17.151和22.775μmol·m-2·s-1,比熊耳草高出21.63%、42.77%、31.02%、73.99%,四种入侵植物的光饱和点(light saturation point, LSP)和光补偿点(light compensation point, LCP)也均显著高于胜红蓟,但其表观量子效率(apparent quantum yield, AQY)却显著低于共生植物。薇甘菊、紫茎泽兰和三叶鬼针草叶片的比叶面积(specific leaf area, SLA)显著高于共生植物熊耳草；4种入侵植物叶片的单位质量氮含量(leaf N content per unit mass, Nmass)显著高于熊耳草；除飞机草外,其他3种入侵植物的光合能量利用效率(photosynthetic energy use efficiency, PEUE) 和光合氮利用效率 (photosynthetic nitrogen use efficiency, PNUE)均显著高于熊耳草；但4种入侵植物相比熊耳草并不具备较低的叶片单位质量建成成本(leaf construction cost per unit mass, CCmass)。相对于共生植物熊耳草,菊科入侵植物有着较高的叶片特性指标。5种植物Pnmax与PNUE、PEUE呈极显著正相关；植物叶片Nmass分别与叶片SLA、CCmass呈极显著正相关。研究显示,菊科入侵植物薇甘菊、紫茎泽兰、飞机草和三叶鬼针草较其菊科共生植物熊耳草有着更高的Pnmax、PNUE、 PEUE等光合特性指标和能量利用指标。分析了菊科入侵植物银胶菊(Parthenium hysterophorus)、三叶鬼针草与其本地种小蓟(Cirsium setosu m)气体交换参数和叶片特性指标的差异。结果表明,银胶菊和三叶鬼针草的净光合速率(net photosynthetic rate, Pn)、叶绿素含量、SLA、Pmass、PEUE和PNUE均显著高于小蓟。植物叶片Pn与水分利用效率(water use efficiency, WUE)、叶片单位质量P含量(leaf N content per unit mass, Pmass)、SLA呈极显著正相关,植物Nmass与叶片SLA、CCmass,叶绿素含量呈极显著正相关。分析了河北三个不同地区菊科入侵植物黄顶菊(Flaveria bidenris)和其本地种苍耳(Xcmthium sibiricum)光合特性的差异,结果表明,三个地区的2种植物LSP均高于1200 pmo1·m-2·s-1,且邯郸和衡水地区的黄顶菊LSP均显著高于本地种苍耳；三个地区黄顶菊的LCP均显著低于本地种苍耳,除衡水地区外,其他两个地区的黄顶菊AQY也均显著低于本地种；三个地区黄顶菊的Pnmax均显著高于苍耳,且分别高出各自本地种的42.77%、221.80%、122.88%；三个地区的入侵植物黄顶菊和其本地种叶绿素含量差异并不显著；除邯郸之外,其它两个地区黄顶菊的SLA、PNUE均要显著高于苍耳,且三个地区黄顶菊的Nmass、Pmass、PEUE均显著高于本地种；植物nmax与叶片CCmass呈显著正相关,与mass, Pmass、PEUE、PNUE呈极显著正相关；Nmass与SLA、CCmass、 Pmass呈极显著正相关；SLA与PEUE呈显著正相关,与PNUE呈极显著正相关。分析了菊科入侵植物豚草(Ambrosia artemisiifolia)、三裂叶豚草(Ambrosia trifida)与其本地植物紫菀(Aster tataricus)光合特性的差异。结果表明,豚草、三裂叶豚草、紫菀的Pn与有效光合辐射的相关性均达极显著水平,3种植物的LSP均高于800μmol·m-2·s-1,且2种入侵植物的LSP显著高于本地种紫菀,AQY均显著低于紫菀；3种植物的Pnmax大小顺序为豚草>三裂叶豚草>紫菀,其中,豚草和三裂叶豚草的Pnmax分别比紫菀高出151.28%、82.80%,并且均显著高于本地种。2种入侵植物的SLA、Nmass、 Pmass、PEUE、PNUE均显著高于其本地种紫菀,但三种植物的CCmass差异不显著。相关分析结果表明,3种植物Pnmax与Nmass呈显著正相关,与叶片SLA、PNUE、PEUE呈极显著正相关；叶片Nmass分别与叶片SLA、CCmass、Pmass呈显著正相关,PEUE与叶片SLA、PNUE之间呈极显著正相关,PNUE与叶片SLA也呈极显著正相关。综合分析表明：入侵我国的主要的菊科入侵植物相对于非入侵植物或本地种来说有着较高的气体交换参数和叶片特性指标,且其光合特性和叶片特性也存在着密切的联系,这些主要的菊科入侵植物有着更高的Pnmax、PNUE、PEUE和WUE等光合特性指标和能量利用指标,使得入侵植物能够更有效地捕获和利用环境资源,这种差异不因地理分布区域改变而改变,可能是几种外来菊科植物成功入侵的原因之一
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
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