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入侵种加拿大一枝黄花与本地种一枝黄花的生物学及生态学特征的比较研究

张中信  
【摘要】: 加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)是菊科(Asteraceae)一枝黄花属(Solidago L.)外来植物,原产北美洲。20世纪30年代作为观赏花卉引种于我国的上海、南京等地,20世纪80年代迅速扩散蔓延成杂草,现已成为危害严重的恶性杂草,引起社会的广泛关注。目前加拿大一枝黄花的研究主要集中在其生物学特性、生态适应性、控制与防治等。这些研究仅仅以这种植物为对象,缺少同本地植物的综合对比研究。本研究从生态学、生物学等角度对外来入侵植物加拿大一枝黄花和同属本地种一枝黄花(S. decurrens Lour)进行对比研究来探讨其入侵机制。主要得到以下几点结论。 1.加拿大一枝黄花高密度群落物种丰富度仅有7种;低密度群落为15种;一枝黄花群落的物种丰富度最大30种。加拿大一枝黄花高密度群落的Shannon-Wiener指数最小为0.46,低密度群落为2.08;一枝黄花植物群落的Shannon-Wiener指数为2.40。反映出加拿大一枝黄花的入侵使得本地植物的生物多样性降低,群落结构简单化。 2.加拿大一枝黄花每株每年结出成熟瘦果约38494个粒,瘦果千粒重约为0.041 g,轻小的种子借助冠毛可以随风飘散到很远的地方;一枝黄花每株每年结出瘦果约1697粒,千粒重为0.494g,是加拿大一枝黄花的12倍。加拿大一枝黄花的无性繁殖能力也很强,地下茎每年可蔓延44.42±12.66 cm,每株可产生6.48±2.27个分株。一枝黄花无地下茎,只是通过分蘖方式进行无性繁殖,每株产生3.17±1.85个分株。和一枝黄花相比强大繁殖能力是加拿大一枝黄花成功入侵的原因之一。 3.通过加拿大一枝黄花和本地种一枝黄花水浸提溶液对六种受试植物萌发和幼苗生长的影响的研究发现,加拿大一枝黄花地下部分的化感作用比其地上部分以及一枝黄花的地下部分都强。加拿大一枝黄花较强的化感作用抑制了伴生物种的生长,形成优势群落。化感作用是加拿大一枝黄花成功入侵和扩散的强大武器,是其成功入侵的重要机制之一。 4.通过常规染色体制片技术,对入侵植物加拿大一枝黄花和同属本地种一枝黄花的染色体计数,并进行了核型分析。加拿大一枝黄花染色体数目为2n=54,核型公式为k(2n)=6x=54=46m + 8sm (0-6SAT),核型类型为2A型;一枝黄花染色体数目为2n=18,核型公式为k(2n) = 2x =18=16m + 2sm (0-2SAT),核型类型为1A型。加拿大一枝黄花是六倍体,携带大量重复基因,这些基因的表达使得它能够产生更多适应性状,表现出较强入侵性。多倍体是入侵植物特征,可能是加拿大一枝黄花入侵的内在机制。 5.选用12个随机引物对加拿大一枝黄花和一枝黄花各三个居群,每个居群16个个体的DNA进行ISSR-PCR扩增分析。加拿大一枝黄花12个引物共扩增检测到104个位点,多态位点百分比率(PPB)为95.19%,平均有效等位基因数(Ae)为1.5224,Nei’s基因多样性指数(He)为0.3085,Shannon信息指数(Ho)为0.4158,遗传分化系数(Gst)为0.1182,基因流(Nm)为3.7304,在总的遗传变异中,群体间的变异占1.35%,群体内变异则占98.65%。一枝黄花12个引物共扩增检测到98个位点,多态位点百分比率为89.8%,平均有效等位基因数(Ae)为1.4425,Nei’s基因多样性指数(He)为0.2491,Shannon信息指数(Ho)为0.3834。遗传分化系数(Gst)为0.1313,基因流(Nm)为3.3094。在总的遗传变异中,群体间的变异占8.52%,群体内变异则占91.48%。结果表明:加拿大一枝黄花具有很高的遗传多样性,并且高于一枝黄花;两种植物的遗传变异都主要存在于种群内。丰富遗传多样性使加拿大一枝黄花具备适应不同环境的能力,从而表现出较强的入侵性。这可能是加拿大一枝黄花入侵的分子机制。


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