香豆素与香草酸对入侵植物鬼针草(Bidens pilosa)种子萌发和幼苗生长的影响研究

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生物入侵是导致全球生物多样性丧失的主要原因,仅次于生境破坏。入侵植物作为入侵物种中占比最高的类群,数量多、危害大,其中,以菊科入侵植物为首。鬼针草(Bidens pilosa)是典型的菊科恶性杂草,具有较强的生境占领能力、种子萌发率高、表型可塑性强,目前已经泛滥成灾。常用的化学试剂对鬼针草逐渐失去效力,且施加化学除草剂对生态环境造成了较大危害,如何开发新型的生态安全除草剂是亟待解决的问题,而化感物质为解决这一问题带来新的思路和希望,但鬼针草的相关研究鲜见报道。香豆素和香草酸是在植物中广泛存在的化感物质且对环境无害。因此,本研究以鬼针草为研究对象,利用培养皿实验和盆栽实验,设置不同的处理液梯度,通过香豆素和香草酸在单独处理和混合处理方式下对鬼针草种子萌发和幼苗生长及生理的影响来探索这两种化感物质作为绿色除草剂的可能性,以期为外来入侵植物的防治提供理论依据。研究结果如下:(1)香草酸处理和混合处理对鬼针草种子的发芽率、发芽指数表现出低浓度促进,高浓度抑制效应,而香豆素处理则表现为抑制作用,浓度越高,抑制强度越大。不同处理方式均对鬼针草胚根和胚轴长度起抑制作用,随处理浓度升高抑制作用不断加强。(2)不同处理方式下,随着时间的增加,各组鬼针草幼苗的鲜重、干重生物量、根和叶的形态指标、株高、基径不断增加,但在任一时间段,各处理方式均为低浓度促进、高浓度抑制。不同处理方式均抑制鬼针草的根系活力,随着处理浓度的增加,抑制强度随之增大,但不同处理方式下各浓度的根系活力变化趋势有差异;100 mg/L的香豆素处理组,根系活力随时间增加呈先升后降的趋势,其余各组则呈不断下降的趋势;香草酸处理方式下的各组根系活力均随时间增加呈先降后升的趋势;混合处理方式下的各组根系活力均随时间延长呈先降后升再降的趋势。(3)不同处理方式对鬼针草生理生化指标影响显著:1)抗氧化酶的活性变化有所不同,但各处理方式均为低浓度促进,高浓度抑制;SOD活性随处理的时间增加有先升高后降低的趋势,香豆素处理组在第14 d有最大值,香草酸处理组在第7 d有最大值,混合处理的高浓度组在第14 d有最大值,其余各组在第7 d有最大值;POD活性随处理的时间增加呈先升后降再升的趋势,各组均在第14 d有最小值;CAT活性随处理的时间增加呈先降后升再降的趋势,各组均在第14 d有最大值。2)香豆素处理的高浓度组脯氨酸含量随处理的时间增加而增加,其余组则先升后降再升;香草酸处理组和混合处理组随处理的时间和浓度增加有先升高再降低的趋势,在第14 d有最小值。3)随处理的时间和浓度增加,各处理方式下MDA含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量、ABA含量均显著增加,而GA3含量则显著减少。4)不同处理方式均抑制鬼针草的光合作用,随着处理浓度的增加,抑制强度随之增大;随处理的时间增加,各组叶绿素含量、气孔导度、胞间CO2含量、叶绿素a/b的值呈先升后降趋势,而净光合速率、蒸腾速率不断下降。(4)主成分分析结果表明,香豆素、香草酸主要通过影响鬼针草种子的发芽指数和胚轴长从而抑制种子发芽过程;通过影响植株的生物量、激素含量、营养器官的生长状态、光合作用及抗氧化酶活性和渗透调节物质含量来干扰鬼针草幼苗生长,其中主要影响根、叶的生长。相关性分析结果表明,种子萌发的各指标间呈极显著正相关,幼苗的各生长指标间也呈极显著正相关,根的生长变化对根系活力的影响较大,而其它指标与根系活力相关性不强。不同的生理生化指标对同一生长指标的影响或不同生长指标对同一生理指标的影响不同,各指标综合影响鬼针草种子和幼苗。(5)综合化感效应表明,不同方式的各浓度处理均对鬼针草种子发芽过程有抑制作用;不同方式的低浓度处理对鬼针草幼苗生长有一定促进作用,而高浓度为抑制作用,随处理浓度增加抑制作用增强;种子比幼苗对香豆素和香草酸处理更敏感;化感强度:香豆素处理>混合处理>香草酸处理;香豆素与香草酸混合处理有拮抗作用;香豆素有作为环保试剂防治鬼针草的潜力。针对实际情况,结合研究结果,提出以下防治建议:(1)筛选富含香豆素的优势本土植物栽种在入侵脆弱生境的鬼针草种群中并尽可能运用GPS与遥感技术等跟踪和监测防治效果,避免二次入侵。(2)在鬼针草幼苗根部喷洒香豆素可以起到一定的防治效果,同时还要加强以香豆素为前体合成更多绿色除草剂的研究并逐渐运用到实践中。(3)加强入侵植物的调查研究,筛选群落中与入侵植物具有相似生态位的本土植物,结合替代防治方法,逐步达到生态修复效果。
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