外来入侵植物意大利苍耳的表型可塑性与适应性研究

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中文摘要：外来植物从原产地到达入侵地后，其对本地环境的适应能力决定了其生存、繁衍与扩张的能力。表型可塑性是植物适应异质生境的策略之一，其在入侵物种对新环境的适应过程中扮演着重要角色。意大利苍耳（XanthiumitalicumMoretti）自1991年在我国被发现后迅速蔓延，其入侵生境类型多样，诸如农田、荒漠、河边、林下、湿地周围均为其常见生境，并且在不同生境中所呈现的表型特征相差悬殊。为了探究表型可塑性在意大利苍耳适应异质生境过程中所发挥的作用，本研究设置不同的土壤氮素、土壤水分及光照水平，分析意大利苍耳的形态学性状、叶光合色素含量、生物量及其分配和果实数量对不同土壤水分、土壤氮素、以及光照条件的可塑性响应，为揭示意大利苍耳成功入侵的原因提供科学依据。通过上述试验设计，结果表明：土壤氮素对意大利苍耳形态学性状（株高、基径、冠幅和分枝数）、光合色素（叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）含量、生物量（根、茎、叶、果实生物量和总生物量）、根冠比、生物量分配（除茎生物量比外）和果实数量均有显著影响。其中根冠比、根生物量比、茎生物量比和叶生物量比随着土壤氮素的增加显著减小，其他表型性状随着土壤氮素的增加而显著增加。意大利苍耳对土壤氮素具有较强的表型可塑性，冠幅、光合色素含量、生物量及果实数量较其他表型性状而言对土壤氮素具有更强的表型可塑性。土壤水分对意大利苍耳的冠幅、分枝数、光合色素含量、根冠比和生物量分配具有显著影响，对株高、基径、生物量和果实数量无显著影响。其中冠幅、分枝数、茎生物量比和叶生物量比随着土壤水分的增加显著增加，光合色素含量、根冠比、根生物量比和果实生物量比随着土壤水分的增加而显著减小。意大利苍耳的冠幅、分枝数、光合色素含量、生物量分配（除果实生物量比）对土壤水分具有较强的表型可塑性，株高、基径和果实数量对土壤水分的表型可塑性较弱。土壤氮素和土壤水分对意大利苍耳表型性状的影响具有交互作用，土壤水分的增加能够显著提高意大利苍耳对土壤氮素的吸收与利用。高水高氮下意大利苍耳的株高、基径、冠幅、分枝数、生物量和果实数量显著高于低水高氮和高水低氮环境中的意大利苍耳，土壤氮素和土壤水分对其具有相互促进作用，根生物量比、叶生物量比在高水高氮下显著低于低水高氮和高水低氮环境。意大利苍耳表型性状对低土壤氮素（或低土壤水分）环境的表型可塑性弱于高土壤水分（或高土壤氮素）环境。光照强度的降低能够显著增加意大利苍耳的株高、冠幅、比叶面积、总叶绿素含量、叶绿素/类胡萝卜素、叶生物量比，显著减小基径、分枝数、叶绿素a/b、生物量、果实生物量比和果实数量。土壤氮素和光照强度对意大利苍耳表型性状的影响具有交互作用。在低光强条件下增加土壤氮素水平可以显著增加意大利苍耳的株高、基径、冠幅、叶生物量、叶生物量比和果实数量，却显著降低了比叶面积、根生物量比和果实生物量比。在低光强下，意大利苍耳表型性状对土壤氮素的表型可塑性弱于高光强下。综上，表型可塑性是意大利苍耳适应异质生境的重要策略，意大利苍耳通过形态学性状、光合色素、生物量及其分配的改变适应不同的土壤氮素、土壤水分和光照强度环境，并且对不同的环境因子具有较强的表型可塑性，且各环境因子间的交互作用对意大利苍耳表型性状的影响显著。在意大利苍耳入侵不同生境的过程中，表型可塑性扮演了重要的角色，具有较强的表型可塑性是意大利苍耳成功入侵的原因之一。

作者：

李杰

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关键词：

意大利苍耳表型可塑性土壤生态光照强度环境适应性

授予学位：

硕士

学科专业：

生物学

导师：

马淼

学位年度：

2019

学位授予单位：

石河子大学

语种：

中文

中图分类号：

Q94