张大勇生物入侵 入侵植物银胶菊的繁殖生物学与生态适应性研究
入侵植物银胶菊的繁殖生物学与生态适应性研究
韦春强
【摘要】:生物入侵破坏了本地生态系统的结构和功能,造成生物多样性丧失,带来了巨大的经济损失,并且威胁人类健康。作为全球变化的重要因素之一,生物入侵在过去10多年时间里引起了广泛的关注和重视。然而,外来物种成为入侵物种的机制还没有得到比较合理的解释,影响了有效地预测和控制入侵物种。
因此,需要对能够影响外来物种入侵的因素开展更多的研究工作。银胶菊(Parthenium hysterophorus)为菊科入侵植物,原产北美南部、中美洲、西印度洋群岛、南美中部;是国际性的大毒草。
其疯狂生长、快速传播和产生有毒的化感物质,对作物产量、生物多样性和人类健康具有极大的威胁。该杂草具有广泛的生态适应性和很强的繁殖能力,在最近几年已发展成为我国危害较为严重的外来入侵植物。
本文通过野外定点观察、人工控制实验,对银胶菊在不同生境中的开花物候、种群开花结实数量特征、生物量及其分配、生殖过程进行了研究,比较银胶菊种群在不同生境不同季节的繁殖能力。
另外,本文还研究了银胶菊对不同N、P养分水平的生态适应性以及在不同光照水平下的适应性。旨在揭示银胶菊的入侵能力和入侵机制,为银胶菊的预防和控制提供依据。主要研究结果如下:(1)银胶菊繁殖期长,使其能产生大量的种子和幼苗,在较短时间内就能爆发和入侵。
在草地、疏林和路旁生境中,银胶菊从3月至10月都有植株生长,从4月底5月初至10月均有开花结实。在耕地中,银胶菊从3至12月均有植株生长,从5月至12月均有开花结实。
(2)银胶菊在不同生境不同季节种群开花结实数量特征不同,繁殖能力不同。在草地、疏林和路旁生境,秋季开花植株数、分枝数、头状花序数较夏季和春季多,产生的种子数也多,秋季是这三个生境银胶菊的繁殖能力最强的时期。
在耕地中,冬季的分枝数和头状花序数比夏季和秋季多,种子产量相应也多。因此,耕地中冬季的繁殖能力最强。秋季,银胶菊在4个生境中繁殖能力的大小依次为:耕地草地路旁疏林。
耕地中银胶菊种群密度、分枝数和头状花序数较小,但结实率和种子千粒重大,种子产量最多,繁殖能力最强;草地种群密度大,产生的分枝数和头状花序数多,因此种子产量高,繁殖能力次之;路旁开花植株数、分枝数、头状花序数虽多,但结实率和种子千粒重小,种子产量也较草地少;疏林种群密度小,产生的分枝数和头状花序数少,种子产量最低,但其种子质量高。
总的来说,银胶菊在所研究的生境中繁殖能力均极强大。1银胶菊在同一生境中在2008年和2009年的结实率和种子千粒重无显著差异。
在疏林和公路旁生境中,不同年份的头状花序、种子产量无明显区别,可能这两个生境银胶菊受人为影响较少,繁殖能力变化较小。但在开阔草地、耕地生境中,不同年份的头状花序数、种子产量均有显著差异,这两个生境由于放牧和耕作活动,银胶菊受影响大,繁殖能力变化较大。
(3)银胶菊通过调节各构件的生物量分配比例来适应不同生境条件。在草地和路旁中,提高根生物量比例来竞争地下资源;在疏林地中,提高茎和叶生物量比例来提高对光的获取率;在耕地中,既提高根生物量比例来竞争地下资源,又提高叶生物量比例来竞争光。
繁殖期各构件生物量与环境密切相关,并受植株密度和高度的制约。
在不同生境不同季节各构件生物量分配表现出较高的形态可塑性,与该植物具有强大的入侵性有关。(4)银胶菊繁殖方式为有性繁殖,花果期较短,6月份时从出现花蕾到种子完全成熟仅需22天。花粉具锥状尖刺突起,极易粘附在昆虫上传播,组织化学主要含淀粉,散粉时间主要在9:00-13:00,此间活性较强,花粉/胚珠比率(P/O)高。
柱头可授期为5天,最佳授粉期为柱头伸出后的第二和第三天的9:00-13:00。
自交不亲和,不存在无融合生殖现象,繁育系统属于异交类型,需要传粉媒介,入侵生境中一些普通的昆虫能为其传粉,自然结实率较高。主要传粉昆虫有5种,包括膜翅目的蜜蜂、小蜜蜂、黑小蜜蜂和双翅目的黑边家蝇、丝光绿蝇,访花高峰期基本集中在10:00-13:00。
(5)银胶菊对不同土壤养分水平表现出不同的适应性。在一定范围内,银胶菊根生物量比随氮的增加而降低,总生物量、叶生物量比(LMR)、花果生物量比(FMR)、叶面积指数(LAI)、总叶面积(TLA)、叶面积比(LAR)、相对生长速率(RGR)、分枝数、头状花序数等随氮养分水平的增加而增加;而对于磷养分来说,叶生物量比、叶面积比、总叶面积、相对生长速率随磷水平的增加而升高;总生物量、叶面积指数、分枝数、头状花序数等在各磷水平下无明显变化。
土壤N的增加提高了银胶菊的种子产量,土壤P的增加提高了种子质量。对不同N、P养分具有不同的适应性。(6)银胶菊不能在光强低于5%的生境中生存,但能适应变幅较大的光环境(22%-100%),通过调节总生物量、根生物量比、叶生物量比、花生物量比、总叶面积、叶面积比来适应不同光强。
上述研究结果表明,银胶菊具有强大的繁殖能力,并且在不同生境不同季节繁殖能力不同,此外,该杂草还具有广泛的生态适应性。应该注意其在不同生境不同季节的入侵和控制策略。
【关键词】:银胶菊 繁殖生物学 生态适应性 入侵性 【学位授予单位】:广西师范大学 【学位级别】:硕士 【学位授予年份】:2010 【分类号】:Q948.1 【目录】: 中文摘要4-6ABSTRACT6-11第1章 前言11-201 生物入侵概述11-131.
1 生物入侵相关概念111.2 入侵方式与过程11-121.3 生物入侵的危害12-131.4 控制措施与对策132 外来入侵植物的特征13-152.
1 繁殖特性13-142.2 资源利用能力和效率142.3 表型可塑性142.4 适应性与进化14-153 影响外来植物入侵的环境因子15-173.1 光照153.2 水分15-163.
3 营养163.4 天敌163.5 群落可入侵性16-173.6 其它干扰因子174 入侵植物银胶菊研究现状17-194.1 生物学特征174.2 分布及危害17-184.3 国内、外相关研究18-195 本研究目的和意义19-20第2章 银胶菊入侵的繁殖生物学研究20-38第1节 生殖物候期和种群开花结实的数量特征20-261 研究方法20-211.
1 生殖物候期201.2 种群开花结实数量特征20-212 结果与分析21-252.
1 生殖物候期212.2 种群开花结实数量特征21-253 讨论25-26第2节 生物量分配26-311 研究方法26-272 结果27-302.1 生物量及分配27-282.
2 不同生境中密度和高度对生物量的影响28-303 讨论30-31第3节 生殖过程31-381 研究方法31-321.1 花序开花动态观察311.2 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率(P/O) 的测定311.
3 花粉大小、形态结构、组织化学、活性及柱头可授性检测311.4 访花昆虫及其行为的观察31-321.5 繁育系统321.6 数据处理322 结果32-362.1 花序开花动态32-332.
2 单花花粉量、胚珠数和花粉/胚珠比率(P/O)的测定332.3 花粉形态结构、组织化学、活性及柱头可授性检测33-342.4 访花昆虫及其行为的观察34-352.5 繁育系统35-363 讨论36-383.
1 花粉特征363.2 花粉活性及柱头可授性363.3 适应银胶菊的传粉媒介36-373.4 繁育系统37-38第3章 银胶菊对氮、磷养分的适应性研究38-461 材料与方法38-391.
1 材料与实验地点381.2 实验方法38-392 结果与分析39-432.1 N、P 营养对盛花期银胶菊形态特征的影响39-402.2 N、P 营养对盛花期银胶菊生物量分配特征的影响40-412.
3 N、P 营养对银胶菊生长特征的影响412.4 N、P 营养对银胶菊繁殖特征的影响41-432.5 不同N、P 水平下繁殖期相对叶绿素含量变化432.6 不同N、P 水平下银胶菊的表型可塑性指数433 讨论43-46第4章 不同光照强度的适应性研究46-501 材料与方法461.
1 材料与实验地点461.2 实验方法462 结果分析46-482.1 不同光强对银胶菊形态特征的影响46-472.
2 不同光强对银胶菊生物量分配特征的影响47-482.3 不同光强下银胶菊的表型可塑性指数483 讨论48-50第5章 结论与防治建议50-531 结论50-512 防治建议51-53参考文献53-65攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文65-66致谢66-67
