田野菟丝子-薇甘菊全寄生系统的形态解剖和生理生态研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanhe1000
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寄生植物与寄主植物之间的相互作用研究是寄生生物学的重要内容之一。同时,入侵植物的防治研究是入侵生物学研究热点中的重点,也是一个关键的社会问题。“以草治草”的防治手段已被应用于入侵种薇甘菊的生物防治中。本文立足于这三个热点问题,从植物形态解剖学和生理生态学角度系统地研究了全寄生植物田野菟丝子(Cuscuta campestris)寄生外来入侵种薇甘菊(Mikania micrantha)的全寄生系统,将植物的生长发育与物质的分配动态相结合,解释了寄生系统中寄生植物与寄主植物同步生长的现象。主要研究结果如下:   1.田野菟丝子茎上的气孔密度极低,因此蒸腾拉力不是田野菟丝子物质吸收和传输的动力来源;在田野菟丝子茎上产生吸器端的背部发现了大量非功能性的假吸器。假吸器为圆锥状突起,顶端有一个独特的椭圆形小孔,起源于中柱鞘外的内皮层薄壁细胞,初始细胞进行垂周与平周分裂,最终发育为由列细胞与分生细胞组成的内生原基。   2.田野菟丝子可寄生薇甘菊的茎、叶柄、叶片并能自我寄生,其中更偏爱寄生寄主的茎,少寄生叶片。田野菟丝子寄生不同组织时,其发生的吸器结构也有所不同。对比研究表明,寄生在没有叶脉分布的叶片的吸器扁平并且它的搜索“菌丝体”不会分化成为木质部和韧皮部“菌丝”,这些特征不同于寄生在寄主的茎、叶柄和自我寄生的吸器的特征,表明吸器的“搜索菌丝体”可能只有当接触到寄主的维管组织时才能分化成维管“菌丝”。   3.田野菟丝子寄生改变了薇甘菊叶片气孔形态参数的日变化模式。田野菟丝子寄生对薇甘菊叶片的气孔长宽比和气孔面积产生显著影响:对照薇甘菊叶片的气孔长宽比和气孔面积表现为双峰日变化动态;而被寄生的薇甘菊则表现为单峰日变化规律。田野菟丝子寄生对薇甘菊的气孔密度没有产生显著影响。   4.田野菟丝子寄生对薇甘菊不同叶位叶片的荧光参数和叶绿素含量均产生不同的影响,并不同程度地改变了寄主叶片的均质性。寄生非显著地降低了寄主薇甘菊第4-9片叶的总叶绿素含量[chl(a+b)]和总类胡萝卜素含量,显著地降低了第6、7、9片叶的叶绿素a/b的值;田野菟丝子茎内的叶绿素和类胡萝卜素含量均非常低,Chl a/b却保持与寄主薇甘菊相似的水平。寄生显著降低了薇甘菊顶端第四、五片成熟叶片光系统Ⅱ(PSⅡ)的最大光化学效率(Fv/Fm),而对低诱导光强下的光化学淬灭(qP)、非光化学淬灭(NPQ)均无显著影响;显著降低了第八、九片叶片在低诱导光下的光合电子传递相对速率(ETR),但对高光下的最大光合电子传递相对速率(ETRm)无显著影响。这些结果表明,田野菟丝子的寄生对寄主产生的胁迫能直接影响寄主的光化学中心的活性,从而影响其光合进程。   5.田野菟丝子寄生后13天时对薇甘菊叶片的气孔导度(gs)、蒸腾速率(E)和净光合作用速率(Pn)产生负作用,脱落酸(ABA)含量的变化可能是其中的重要原因之一。在寄生后第6~13天时,被寄生薇甘菊叶片中ABA含量快速升高与其Pn,gs和E的急剧下降相对应,这样的结果显示,田野菟丝子的寄生能增加寄主ABA的含量,从而导致气孔导度和蒸腾速率的下降,最终降低寄主的光合能力。   6.田野菟丝子一个生活史中全寄生系统的内源激素脱落酸(ABA)、赤霉素(GA3)、生长素(IAA)、玉米素核苷(ZR)和异戊烯基腺苷(IPA)[后两者为细胞分裂素(CTK)的两种不同存在形式]等五种激素的变化可能是决定田野菟丝子生活史中表型变化的重要因素。田野菟丝子寄生后在快速生长期(13 DAP)寄主植物叶片中的ABA含量急剧增加,盛花期(26 DAP)寄主叶片中GA3含量却急剧下降,从寄生初期(6 DAP)到快速生长期(13 DAP)IAA含量呈下降趋势,整个实验周期中被寄生与对照薇甘菊IPA的变化趋势相似。对寄生植物田野菟丝子而言,在寄生后第13天时.ABA、GA3和IPA含量最低,随后在盛花期突然增加至最高;IAA却在第20天最低,可能在菟丝子的营养生长中起了重要的作用;盛花期前ZR含量一直相对较低并保持稳定,但从进入盛花期,一直到结实期却急剧升高。   7.田野菟丝子寄生从寄生后第30天开始对寄主植物的生长及C、N、P、K等元素的分配,整个实验周期中寄生对寄主植物Ca、Mg、Na的含量不产生显著影响。P和K在寄生植物中的含量高于寄主,而Ca、Mg、Na含量却低于寄主。寄生显著降低叶片中N的含量及寄主各组织中P的含量,这也许是田野菟丝子寄生抑制寄主薇甘菊生长的又一可能因为。
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