主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 四川大学     

基本信息

项目名称:
入侵植物反枝苋的氮素生理特性研究
小类:
生命科学
简介:
反枝苋原产于美洲;现广泛传播并归化于世界各地。在中国,反枝苋已散布到四川、重庆、西藏(芒康)等25个城市。在19世纪中叶,反枝苋被发现于河北和山东。为菜园、果园及棉花和玉米等旱作物地中的常见杂草。研究返现,该植物可富集硝酸盐,家畜过量食用后会引起中毒。现在,反枝苋已成为一种破坏性极大的入侵植物,亟需对其进行深入研究,以便促进生物防治方法的有效运用。
详细介绍:
人类已经散布到了整个地球,而且有意无意地携带了许多物种。向某些地区引入外来的物种(exotic species),已经给当地生物多样性带来了毁灭性的冲击。对引入外来物种冲击最敏感的,是那些从高水平竞争和捕食中隔离进化过来的当地物种。 入侵物种(invasive species)(包括入侵的动物和植物)有三个基本特征:(1)通过有意或无意的人类活动而被引入一个非本源地区域;(2)在当地的自然或人造生态系统中形成了自我再生能力;(3)给当地的生态系统或地理结构造成了明显的损害或影响。目前,许多物种已被列为“外来入侵物种”,如紫茎泽兰、飞机草、互花米草、水葫芦、家高粱、空心莲子草、一年蓬、反枝苋等植物,它们已给入侵地的生态系统带来了极大的负面影响,直接影响到当地某些植物的生存与发展,甚至给当地的经济发展造成了十分明显的不利作用(万方浩等,2002)。因此,外来入侵物种入侵是严重的环境问题,也是生态学研究的焦点问题(Higgins et al., 2001)。 直至现在,对于生物入侵问题的研究,可概括为两大点:一是生境的入侵性(Grant and Benton, 2000);二是物种的入侵性(Alpert, 1995; Bais et al., 2003)。这两方面的研究已较多的报道,但不同的入侵植物所表现出的特性是不同的,其所造成的破坏效应程度也迥异。在入侵性方面,人们关注得多的是植物的表型可塑性。表型可塑性是环境对基因型表达的一种修饰,换而言之,表型可塑性是同一基因型由于环境条件的改变,在表型上作出相应变化的能力,是生物适应环境的一种方式(Fox, 1993);例如,在植物入侵性方面,紫茎泽兰对干扰、放牧、营养供给、水、光等的反应有较大的可塑性。 植物的形态和生长特性可能与入侵性有密切联系。与土著种相比,外来入侵种往往表现出较高的相对生长速率、比叶面积、叶面积和可塑性(Williamson and Fitter, 1996)。入侵物种通过营养生长和生殖生长的分离来降低繁殖投入。降低繁殖投入有利于缓解营养生长和繁殖生长之间的矛盾,出现营养生长和繁殖生长都较高的情况(Williams and Black, 1994)。其次,营养利用与竞争可能是某些植物能够成功入侵的重要特性。在自然种群上,不同的养分利用策略,很大程度上支配着其种群的行为(Maron and Connors, 1996)。在矿质养分中,氮是其中最重要的营养元素之一。氮素是植物需求量最大的矿质元素,同时也是植物生长发育的限制因子。在所有的必需元素中,氮是限制植物生长和形成产量的首要因素。 入侵种与本地种生长于同一生境中,它们可能要利用相同的资源,即会发生资源竞争的现象。入侵种和本地中生理生态特性的比较研究,是研究植物入侵性的一种有效的方法(Mack, 1996)。通过氮素的利用和竞争的深入研究,可以揭示外来种的入侵机制。本课题将主要从植株生长量和氮素的利用等方面,研究入侵物种反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)的入侵性。 反枝苋是一年生草本,高20~80 cm,有时达1.3 m;茎直立,粗壮,淡绿色,有时具带紫色条纹,稍具钝棱,密生短柔毛。叶片菱状卵形或椭圆状卵形,常5~12 cm,宽2~5 cm,先端锐尖或尖凹,有小凸尖,基部楔形,有柔毛。圆锥花序顶生及腋生,直立,直径2~4cm,由多数穗状花序形成,顶生花穗较侧生者长;苞片及小苞片钻形,长4~6 mm,白色,先端具芒尖;花被片白色,有1淡绿色细中脉,先端急尖或尖凹,具小突尖。胞果扁卵形,环状横裂,包裹在宿存花被片内。种子近球形,直径1 mm,棕色或黑色。生于山坡、路旁、旷野、荒地、田边、沟旁、河岸等处。花期7~8月,果期8~9月。种子繁殖(李振宇,2002)。 反枝苋原产于美洲;现广泛传播并归化于世界各地。在中国,反枝苋已散布到黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、北京、山东、山西、河南、陕西、甘肃、宁夏、青海、新疆、湖北、湖南、安徽、江苏、浙江、江西、上海、四川、重庆、西藏(芒康)。在19世纪中叶,反枝苋被发现于河北和山东。为菜园、果园及棉花和玉米等旱作物地中的常见杂草。研究返现,该植物可富集硝酸盐,家畜过量食用后会引起中毒。 现在,反枝苋已成为一种破坏性极大的入侵植物,亟需对其进行深入研究,以便促进生物防治方法的有效运用。鉴于现有的研究概况,本课题拟研究反枝苋的氮素利用特性,既可以促进对其入侵特性(机制)的了解,还可以为有效地控制其种群提供实践参考。可见,本研究具有重要的理论和实践意义。

作品图片

  • 入侵植物反枝苋的氮素生理特性研究
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作品专业信息

撰写目的和基本思路

本研究旨在达到2个目标:第一,阐明反枝苋利用氮素的特性,在生活史的不同阶段,植物利用氮素的表型可塑性;第二,查明反枝苋在含不同硝酸盐的环境下的生长特征。 基本思路第一,反枝苋的物候特征与生活史的描述;第二,施加不同量的氮肥,测量其生物量、叶面积比、根冠比等参数;第三,测定不同氮素环境下,反枝苋叶的光和色素含量并比较之;第四(RCI)的测量;第五,测定不同硝酸盐条件下的硝酸还原酶活性。

科学性、先进性及独特之处

本作品的创新点就是在反枝苋的生活史的不同阶段,研究其利用氮素的特性,这些特性通过其生长参数和数个生理指标来测度。

应用价值和现实意义

反枝苋已成为一种破坏性极大的入侵植物,对其进行深入研究,以便促进生物防治方法的有效运用。鉴于现有的研究概况,本课题从研究反枝苋的氮素利用特性,既可以促进对其入侵特性(机制)的了解,还可以为有效地控制其种群提供实践参考。可见,本作品具有重要的理论和实践意义。

学术论文摘要

反枝苋(Amaranthus retroflexus)是一种分布很广的入侵物种,对本地生物多样性具有极大的危害性。以家苋(Amaranthus mangostanus)为对照,通过施以不同量的尿素和硝酸钾,分别检测了有关指标,结果表明:在同水平的营养水平,反枝苋比家苋具有更高含量的光合色素含量和更大的叶面积;在较低的硝酸钾处理(相当于施加钾肥与氮肥)时,根冠比增大,随着处理浓度的增加,其根冠比降低,这说明在低水平的硝酸钾处理水平时,生物量较多的分配到了吸收器官根,当硝酸钾处理水平较高时,其生物量较多的投入到了同化器官(叶和茎)。此外,当遭受氯化钠胁迫时,反枝苋的脯氨酸含量先增加,后稍微降低,这说明反枝苋具有较强的耐盐性。可以推知,特定的养分的响应机制和耐盐特性,是反枝苋入侵扩展的重要原因。因此,在防治其入侵时,控制其养分利用途径和增加盐胁迫强度将是有效的选择。

获奖情况

鉴定结果

参考文献

王满莲,2005. 紫茎泽兰对养分的响应及与入侵性的关系. 硕士论文, 中国科学院研究生院(保存 Marnon JL, Connors PG, 1996. A native nitrogen-fixing shrub facilitates weed invasion. Oecologia, 105, 302-312 Milberg P, Lamont BB, Pérez-Fernández MA, 1999. Survival and growth of native and exotic composites in response to a nutrient gradient. Plant Ecology, 145, 125-132

同类课题研究水平概述

直至现在,对于生物入侵问题的研究,可概括为两大点:一是生境的入侵性(Grant and Benton, 2000);二是物种的入侵性(Alpert, 1995; Bais et al., 2003)。这两方面的研究已较多的报道,但不同的入侵植物所表现出的特性是不同的,其所造成的破坏效应程度也迥异。在入侵性方面,人们关注得多的是植物的表型可塑性。表型可塑性是环境对基因型表达的一种修饰,换而言之,表型可塑性是同一基因型由于环境条件的改变,在表型上作出相应变化的能力,是生物适应环境的一种方式(Fox, 1993);例如,在植物入侵性方面,紫茎泽兰对干扰、放牧、营养供给、水、光等的反应有较大的可塑性。 植物的形态和生长特性可能与入侵性有密切联系。与土著种相比,外来入侵种往往表现出较高的相对生长速率、比叶面积、叶面积和可塑性(Williamson and Fitter, 1996)。入侵物种通过营养生长和生殖生长的分离来降低繁殖投入。降低繁殖投入有利于缓解营养生长和繁殖生长之间的矛盾,出现营养生长和繁殖生长都较高的情况(Williams and Black, 1994)。其次,营养利用与竞争可能是某些植物能够成功入侵的重要特性。在自然种群上,不同的养分利用策略,很大程度上支配着其种群的行为(Maron and Connors, 1996)。在矿质养分中,氮素是植物需求量最大的矿质元素,同时也是植物生长发育的限制因子。在所有的必需元素中,氮是限制植物生长和形成产量的首要因素。 入侵种与本地种生长于同一生境中,它们可能要利用相同的资源。入侵种和本地中生理生态特性的比较研究,是研究植物入侵性的一种有效的方法(Mack, 1996)。通过氮素的利用和竞争的深入研究,可以揭示外来种的入侵机制。本课题将主要从植株生长量和氮素的利用等方面,研究入侵物种反枝苋(Amaranthus retroflexus L.)的入侵性。 入侵植物在不同营养水平下的生物量分配模式是类似的(Miberg et al., 1999)。同样,Burns(2004)发现,在比较外来种和本地种时,低养分时外来种的根的生长快于本地种,当增加肥料的供给时,同化器官的生物量增加明显快于吸收器管。
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