外来植物土荆芥入侵的化学基础探讨

土荆芥为藜科藜属一年生或多年生直立草本植物,1864年首次发现于中国台湾省台北淡水,2010年1月7日被列入中国《第二批外来入侵植物种名单》。目前对土荆芥的入侵学研究主要集中在生物学、生态学、化学成分、他感作用、逆境抗性等方面,因此其入侵机制主要是化学武器假说,如次生代谢旺盛,具化感潜力,抗逆性强等。但并未从分子学角度进行相关研究,如土荆芥的遗传进化特点、土荆芥入侵的分子标记、土荆芥的代谢组学等。尤其是土荆芥入侵之后,其与本土植物的种子萌发速度或生长速度比较(优先效应),目前尚未有报道。因此,未来在上述研究的基础上,必须对其分子生物学开展深入研究,尤其应重点研究土荆芥入侵的优先效应机制。     

刈割扰动下半干旱区豆科牧草种间关系的反应

 以苜蓿和沙打旺根据生物替代设计组成的简单混播种群为对象,通过调查２种牧草在刈割扰动下的生长反应,比较了单混播处理条件下３种播种密度刈割处理的种间关系和补偿性反应特点,探讨了种群稳定与演替的可能机制。结果表明苜蓿和沙打旺在刈割条件下,土壤水分利用竞争空间上移２０ｃｍ,并且水分利用呈增加趋势,土壤平均水分为１５％。刈割诱导低密度混播处理和高密度苜蓿单播处理土壤水分最高,分别达１５．６％ 和１５．８％。单播下,刈割可诱导中高密度单播沙打旺处理产量分别增加３３％ 和２９％,而混播方式下,刈割均导致沙打旺和苜蓿株高、分枝数和地上部生物量小于对照。在刈割干扰下,相比对照,苜蓿与沙打旺两者仍然为资源共享关系,但互利共生程度下降了２１％,而混播种群中苜蓿对沙打旺的相对竞争力增加了１７％。不论单播还是混播,刈割均可引发２种牧草显著的补偿机制。同时发现刈割干扰可激发更强的自疏作用。２种牧草的生长指标呈下降趋势可能是干旱、刈割和种间竞争或化感协同胁迫作用的结果,但共存与补偿机制有利于减缓这种负面效应。沙打旺和苜蓿的更新补偿时间上的异质性,实现资源利用生态位的分离,从而调控着２种牧草组成的种群稳定性,这对理解生物多样性维持机制具有重要的参考意义。     

应用可拓学原理评价黄瓜根分泌物的化感潜势

 对黄瓜组培根分泌物的化感潜势进行可拓评价, 得出黄瓜组培根分泌物对菜豆幼苗生长有显著促进作用, 而对其它3种作物有明显的毒害作用, 毒害程度为黄瓜>甜瓜>番茄。同时, 建立了黄瓜组培根分泌液的化感效应的数学模型R_E = [ k₁R_p0 / ( k₂ - k₁ ) ] ( e^{- k1t} - e^{- k2t} ) ( e- ^k1a - e^{- k2a} ) , 说明了黄瓜组培根分泌液的化感效应与组培根培养时间( t) 以及根分泌液浓度( a) 显著相关。黄瓜根分泌物对4种受体作物显示出显著的化学干扰差异, 论证了植物种内(间) 发生的干扰作用与植物的品种(系) 有关, 从理论上得出菜豆可以作为黄瓜的间套作物或下茬作物。     

不同基因型麦糠对受体植物幼苗生长的化感效应

为了高效利用麦糠覆盖还田技术,采用室内生物检测的方法比较了7份不同基因型麦糠材料对生菜、马齿苋、谷子和玉米4种受体植物的化感效应。结果表明,不同基因型麦糠材料的化感作用与麦类作物的不同物种麦糠的化感作用平均表现均存在变异性和选择性。7份基因型麦糠对生菜、马齿苋、谷子和玉米幼苗总体表现为抑制作用,抑制率分别为51.0%～82.0%、17.0%～56.0%、11.0%～31.0%和2.0%～30.0%。麦糠材料抑制作用强弱顺序依次为:野生一粒小麦>法国黑麦>栽培二粒小麦>陕160>栽培一粒小麦>宁冬一号>野生二粒小麦;其中生物测试受体对麦糠的敏感性顺序依次为生菜>马齿苋>谷子>玉米。麦类作物中一粒小麦和二粒小麦抑制作用趋同,而黑麦和普通小麦抑制作用相近,但二粒小麦和现代小麦麦糠覆盖分别能促进谷子和玉米幼苗的生长。4类麦类物种麦糖总体表现为抑制作用,强弱顺序依次为:黑麦>一粒小麦>二粒小麦>普通小麦。对生菜、马齿苋、谷子和玉米4种受体植物的麦糠化感生物评价进行二次曲线回归分析发现,各测试材料的麦糠化感作用的影响因子之间均存在显著相关性,表明4个测试生物受体对不同基因型麦糠材料的化感作用及其4类麦类作物物种的麦糠化感作用平均表现均能准确地得到评价。     

气候对巢湖东半湖水体环境变化的驱动效应

分析了小尺度气候变化对巢湖水体环境的影响,并揭示了水体营养生态对气候变化的响应机制。结果表明,年降雨量、年均温度、年日照时数变化稳定,平均值分别为1 176.2 mm,15.96℃和1 906 h,而高温天数(>35℃)年际变化显著(4~32 d/a)。调查期间总氮(TN)和总磷(TP)变化动态为开口向下的"凸"型抛物线形式,而高锰酸盐指数(CODMn)和叶绿素a(Chla)总体呈现为"凹"型曲线,水体总体呈现为中度营养状态。CCA分析发现巢湖区域的年降雨量、年均温度、年高温天数(>35℃)、年日照时数与湖水中TN,TP,CODMn和Chla呈显著相关性。其中TN,TP,CODMn和年日照时数对水体营养状态影响显著,贡献率分别为69%,45%,36%和27%。因此,可推测日照时数年际变化是导致水质变化的重要因素之一,气候因子与TN和TP在一定条件下对水体富营养化形成具有协同效应。     

半干旱区四种典型豆科牧草群落生理生态的分异研究

在黄土高原半干旱地区,植物种群生态的改善是植被建设与生态修复的关键。通过人工植被调查,比较了四种豆科牧草的种群生长的生态差异,初步探讨了牧草生产力与种群生态的可能耦合网络机制。结果表明:基于四种豆科牧草种群的土壤水分含量和垂直下降分布规律,发现沙打旺与苜蓿为高生产力型,红豆草与胡枝子为低生产力型,这可能与它们水分利用状况和豆科牧草本身的固氮或氮沉积的氮汇与源转化调节有关。苜蓿植株生物量表现较高,与其多年生庞大根系充分吸收土壤深层水分有关,反映了根冠生长与土壤条件的耦合是导致遗传特性响应差异的重要原因,因此调整植物根冠关系以增强植物的抗旱适应能力理论上是可行的。相关分析发现生产力、根系生物量、土壤环境(水分和层次)为网络耦联相关,特别是90-100cm的土壤空间水分与根冠比成正相关,这可能说明这个层次(根系的浅层集中分布区)为土壤水库与土壤干层相转变的阈值界面。因此从干旱胁迫条件下建立的适应性生存对策上考虑,苜蓿适宜在干旱立地推广应用,不仅具水土保持功效,而且植被生产力高,应为黄土高原生态恢复和生态建设的重要参考物种。     

氮磷对铜绿微囊藻化感抗性的诱导效应

【目的】探讨氮磷因子对铜绿微囊藻生长的影响,分析氮磷对铜绿微囊藻化感抗性的诱导效应,为有效预防和控制蓝藻水华提供参考。【方法】在光照、温度等恒定的条件下,以标准BG11培养液作为对照,以喜旱莲子草浸提液为化感逆境,模拟研究不同质量浓度氮(0,132.00,198.00,247.50,495.00 mg/L N-NO3-)、磷(0,3.56,7.12,14.24,28.48 mg/L P-HPO42-)对铜绿微囊藻化感抗性的诱导效应。【结果】铜绿微囊藻的生物量与氮质量浓度呈正相关,磷质量浓度变化对铜绿微囊藻生物量的影响不大(磷为0 mg/L且处于起始迟滞期除外);随着氮质量浓度的逐渐升高,氮可诱导铜绿微囊藻的化感抗性逐渐减弱,且其对起始迟滞期的诱导效应较其对起始对数期的诱导效应更为显著;随着磷质量浓度的逐渐升高,磷也可诱导铜绿微囊藻的化感抗性逐渐减弱(磷为0 mg/L且处于起始迟滞期除外),但对处于起始迟滞期和起始对数期的铜绿微囊藻化感抗性的诱导效应均不明显;添加适量的喜旱莲子草浸提液后,铜绿微囊藻的生物量倍增时间随氮质量浓度的升高而显著延长,随着磷质量浓度的升高而略有延长。【结论】氮、磷可诱导铜绿微囊藻的化感抗性形成,但随着氮、磷质量浓度的升高,铜绿微囊藻的化感抗性逐渐减弱,且氮是微囊藻化感抗性形成的主导性因子,对铜绿微囊藻化感抗性的诱导效应强于磷。     

干旱区苜蓿和沙打旺单混播下土壤水分利用格局的驱动力分析

大田条件下采用生物替代试验对沙打旺和苜蓿单播及混播的一年生人工草地进行了土壤水分利用动态格局调查研究.结果表明,3种密度下土壤水分随生育期变化相似,均呈下降趋势,但随播种密度增大,不同播种方式平均土壤水分利用效率逐渐增大,而2种牧草平均群体水分利用效率比较为混播下苜蓿>单播苜蓿>单播沙打旺>混播下沙打旺.牧草返青后,在中密度下显示出较宽的资源共享生态位,而低密度和高密度显示出稍窄的资源共享生态位.3种密度下整个生育期内苜蓿的相对竞争力均高于沙打旺,其中平均相对竞争力比较为高密度>中密度>低密度,而且随生育期变化苜蓿的相对竞争力持续增强.苜蓿对沙打旺的相对竞争力与混播处理中苜蓿对沙打旺的群体水分利用效率比有显著正相关.由此可见,在苜蓿与沙打旺一年生混播试验中苜蓿竞争力始终大于沙打旺,其中密度效应和水分利用为两者种间关系调节的重要影响因素.2种牧草混播中苜蓿生产力、群体水分利用效率与苜蓿对沙打旺的竞争优势为性状互利关系.因此,旱生环境中苜蓿与沙打旺的水分利用格局可能由2个物种种间竞争关系所驱动的,水分资源利用状况反应了两者对干旱胁迫环境下适应种间竞争的生活史对策.     

基于系统工程原理的作物化感潜力评价及其应用初探

 【目的】探索作物化感潜力评价方法，分析作物整体化感潜势，理论评价黄土高原旱作小麦的综合化感潜势。【方法】建立作物化感潜力的系统工程评价模型，提出作物植株整体评价的定量描述方法，对黄土高原半干旱区4种普通小麦品种化感潜力进行理论上的整体评价和总体化感潜力比较。【结果】对黄土高原半干旱区4种普通小麦品种的化感潜力综合评价理论上得出其化感潜力总体处于较低水平，其中化感潜力综合表现为小偃22号>宁冬1号>丰产3号>碧玛1号。【结论】系统工程评价模型的建立对于辅助快速有效地评价作物品种和单植株的化感潜力和培育具有抗草和高产优质及相关优良农艺特征作物新品种具有重要的科学指导意义。     

不同基因型小麦成熟期地上部的化感作用研究

采用种子发芽的生物测试方法研究了7份不同基因型的小麦材料在成熟期地上部的化感作用。结果表明,不同基因型的小麦材料在成熟期地上部的化感作用差异显著,其水提取液明显抑制受体幼苗胚根的生长,而对胚芽伸长的影响不明显,成熟期不同基因型的小麦材料地上部的抑制作用与水提取液的浓度呈明显的正相关性。分析不同基因型的小麦染色体组型发现,当染色体组型由AA→AABB→AABBDD的进化过程中,化感抑制作用有逐渐增强的趋势,其中茎叶水提取液抑制作用表现为AABBDD>AA>AABB,而颖壳水提取液抑制作用表现为AABB>AABBDD>AA。大多数小麦材料茎叶部与颖壳的化感作用比值均大于1。当染色体组由2n→4n→6n变化时,不同基因型小麦茎叶与颖壳对小麦幼苗总根长的化感作用比值逐渐升高,对最大根长的化感比值先降低后逐渐升高,对苗长的影响为先逐渐升高而后降低。