为探讨鬼针草属(Bidens)入侵种的入侵性,利用同质园种植实验比较了该属入侵种三叶鬼针草(Bidens pilosa)和大狼耙草(B.frondosa)与本地种金盏银盘(B.biternata)和狼耙草(B.tripartita)在光照与水分交互作用下的形态、生长、生物量分配、光合特征及其表型可塑性的差异.结果表明:入侵种的株高和生物量在低光低水条件下与本地种相似,在有利的光照和水分条件(高光高水)下显著高于本地种,相对生长速率在高光条件下均高于本地种.入侵种在高光处理下增加了对地下部分的资源投入,在低光处理下增加了对叶的投入,且低光低水条件下比叶面积显著高于本地种.这些特性可能提高了入侵种对资源的捕获和利用能力,使其既能耐受不利的环境,又能在有利的条件下表现最大化.入侵种和本地种的形态、生长和光合生理等参数对水分变化的可塑性指数均较小,对光照变化的可塑性指数均较大.入侵种的多数变量对光照响应的可塑性指数大于本地种,较大的表型可塑性可能促进其成功入侵.另外,入侵种和本地种的光合生理参数无显著差异.相对于光合特征,形态、生长、生物量分配和表型可塑性等可能对鬼针草属入侵种的入侵性更为重要.

入侵植物三叶鬼针草(Bidens pilosa)是与农作物竞争的恶性杂草,而我国鲜有对其入侵能力的系统总结.作者综述了三叶鬼针草及其近缘本地种金盏银盘在不同环境下表型可塑性的研究进展,比较了两者在不同光照和温度、不同埋土深度的种子萌发概况,不同光照、水分、温度及土壤养分环境条件下幼苗生物量分配特点及其繁殖特性,阐明了三叶鬼针草成功入侵的机制包括快速繁殖能力、较广的生态适应性、根系分泌物的化感作用等.最后,对三叶鬼针草未来的研究进行了展望,并总结了三叶鬼针草的防控策略.

对不同浓度铅(Pb)胁迫下三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)叶、茎和根中内源一氧化氮(NO)和活性氧(ROS)的生成机制及根系活力的变化,内源NO对Pb胁迫下三叶鬼针草幼苗氧化损伤的缓解效应进行了研究.结果显示,在0～1000 mg/L范围内,随着Pb浓度的增加,叶片中NO含量呈升高趋势,根中NO含量呈先升高后降低的趋势,但仍高于对照,Pb浓度在0～400 mg/L范围内,茎中NO含量与对照持平,Pb浓度大于600 mg/L时,茎中NO含量低于对照;600 mg/L Pb处理能显著增强叶、茎和根中一氧化氮合成酶(NOS)和硝酸还原酶(NR)活性,显著增加叶和茎中亚硝酸根离子(NO-2)和类胡萝卜素(Car)含量,NOS、NR、NO-2和Car均能促进叶片中内源NO的生成,NOS是根中内源NO生成的主要途径.Pb胁迫使超氧阴离子(O·-2)产生速率、过氧化氢(H2O2)含量、丙二醛(MDA)含量和相对电导率(REC)显著升高,从而造成幼苗严重的膜脂过氧化损伤,而胁迫诱发产生的NO能降低根中ROS的产生,促进幼苗根系活力,进而缓解胁迫造成的膜脂过氧化损伤.

[背景]定殖于植物的多样内生细菌与宿主生长和抗逆能力密切相关.三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)极具入侵性且抗逆性强,但目前该植物内生细菌相关研究报道极少.[目的]探究三叶鬼针草内生细菌群体多样性,筛选获得兼具重金属耐受性及吲哚乙酸(Indoleacetic acid,IAA)产生潜力的内生细菌菌株.[方法]采用MiSeq高通量方法分析三叶鬼针草内生细菌群体多样性,可培养方法测定内生细菌菌株对重金属Pb、Cd、Ni、Hg的耐受能力及产生IAA的潜力.[结果]从三叶鬼针草内生细菌群体中共测得4 031个操作分类单元(OTU),可归属于25个门51个纲76个目182个科及536个属.属级水平上,三叶鬼针草根、茎、叶和种子中分别以肠杆菌属(Enterobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)及假单胞菌属(Pseudomonas)丰度最高,伯克氏菌属(Burkholderia)、甲基杆菌属(Methylobacterium)、假单胞菌属、泛菌属(Pantoea)次之;从三叶鬼针草分离得到34株内生细菌,所有菌株均至少对1种测试的重金属具有耐受性.其中,GF-1、GF-8、YF-1、YF-2、JF-1、GF-2和JF-8这7个菌株能够产生IAA,其产率为57.48-312.22lμtg/rmL;基于16S rRNA基因序列分析,初步鉴定菌株GF-1、GF-8、YF-1、YF-2、JF-1为芽孢杆菌(Bacillus spp.),菌株GF-2为假单胞菌(Pseudomonas sp.),菌株JF-8为伯克氏菌(Burkholderia sp.).[结论]三叶鬼针草内生细菌群体具有丰富的种群多样性.三叶鬼针草内生细菌菌株GF-1、GF-8、YF-1、YF-2、JF-1、GF-2和JF-8兼具多重金属耐受性及高产IAA潜力,是重金属复合污染土壤生物修复的优良候选菌株.

外来植物成功入侵与菌根共生体存在着密不可分的关系,丛枝菌根真菌(AMF)侵染率是反映其侵染植物情况的重要指标,影响侵染率的因素很多,但是入侵植物与本地植物互作对AMF侵染率的影响目前还不清楚.因此,本研究以外来入侵植物黄顶菊Flaveria bidentis、豚草Ambrosia artemisiifolia、三叶鬼针草Bidens pilosa和本地植物狗尾草Setaria viridis、黄香草木犀Melilotus officinalis、藜Chenopodium album为研究对象,设置入侵植物单种处理、本地植物单种处理、每种入侵植物分别与本地植物两两混种处理以及每种入侵植物同时与所有本地植物混种处理,观察测定不同处理下入侵植物与本地植物根系丛枝、泡囊、菌丝及总侵染率,比较研究本地植物种类变化对入侵植物和本地植物根系AMF侵染率的影响,以及3种入侵菊科植物对本地植物AMF侵染率的影响规律是否一致.结果 表明,与入侵植物单种相比,除豚草与藜、豚草同时与3种本地植物混种两个处理中,豚草根系的AMF菌丝及总侵染率显著增加外,其余所有处理中入侵植物总侵染率均无显著差异;与狗尾草或黄香草木犀单种相比,每种入侵植物同时与所有本地植物混种处理中,本地植物狗尾草和黄香草木犀根系上的AMF菌丝及总侵染率均显著降低,即随本地植物种类数目的增加,对本地植物根系的菌丝及总侵染率存在显著抑制作用,而对入侵植物无显著影响.

通过室内盆栽试验,研究了40 mg·kg-1 Cd(CdCl2·2.5 H2O)胁迫下,不同浓度乙二胺二琥珀酸(EDDS)(0、0.5、1.5、2.5、5.0 mmol·L-1)单施及EDDS与一氧化氮(NO)供体硝普钠(SNP)(0、0.25、0.5、1.0 mmol·L-1)联合施加对三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)幼苗应激信号分子NO产生量和一氧化氮合酶(NOS)活性的影响.结果表明:单施EDDS,植株不同部位NO生成量随EDDS浓度的升高呈增加趋势,5.0 mmol·L-1时达到最大;0.5 mmol·L-1的EDDS可增强根、叶中NOS活性.在探究NO产生较多和NOS活性增强显著的EDDS处理浓度与SNP联合施加的研究中发现,随SNP浓度的升高,根中NO生成量先升高后降低,茎和叶中持续升高;适宜浓度的SNP可进一步增强植株体内NOS活性.EDDS诱导NO的生成会被硝酸还原酶(NR)抑制剂(NaN3)和NOS抑制剂(L-NAME)抑制,对EDDS处理下NOS活性影响较小.NO清除剂(c-PTIO)能有效清除部分NO,增强根和叶中NOS活性.因此,在Cd胁迫下,适宜浓度的EDDS单施及与SNP联合施加都会增加三叶鬼针草幼苗体内NO产生量.

模拟在喀斯特异质生境下,通过随机区组实验,研究三叶鬼针草(Bidens pilosa L.)在两种土壤生境(浅而宽、深而窄)和3种水分处理(对照、减水50％、减水70％)下植物的地上和地下生长关系及生物量分配格局.结果显示:(1)两种生境中三叶鬼针草的地上生长(株高、地径、叶面积、叶生物量)与地下根系生长(根长、根表面积、根体积、根生物量)均随着施水量的减少而降低;叶面积比率随着施水量的减少而增加;根质量比在浅而宽土壤生境中呈先增后减的趋势,而在深而窄土壤生境中呈增加趋势.(2)两种生境中三叶鬼针草的地上生物量与地下根系生物量、叶面积与根长、叶面积与各层根系生长均呈显著正相关关系.但在浅而宽土壤生境中,三叶鬼针草的地上生物量与各土层根系生物量均呈显著正相关,而在深而窄土壤生境中,地上生物量仅与中上土层根系生物量呈显著正相关.研究表明三叶鬼针草在不同生境中均具有较好的地上地下协同生长对策,在增强对地下资源获取的同时也增强了对地上资源的获取.在浅而宽土壤生境中,三叶鬼针草通过协调根系的横向拓展能力与植物叶片的生长来应对快速的干旱缺水;在深而窄土壤生境中,植株能较好地协调根系向下拓展能力与地上叶面积的生长,更好地利用土壤深层的水分资源.

入侵植物繁殖性状的研究可为揭示植物入侵机制提供重要的科学依据.为研究土壤养分对入侵植物和本地植物繁殖性状的影响,并进一步研究养分添加是否更能促进入侵植物的繁殖能力,我们设置了低、高两个养分水平,通过同质园实验比较了不同土壤养分对假臭草(Praxelis clematidea)、胜红蓟(Ageratumconyzoides)、三叶鬼针草(Bidenspilosa)3种菊科一年生入侵种和夜香牛(Vernonia cinerea)、一点红(Emilia sonchifolia)、墨旱莲(Ecliptaprostrata)3种本地种繁殖性状的影响.研究结果显示,养分添加提高了6种菊科植物的开花株高、株高、地上生物量、单粒种子重量、总花序数、每花序种子数、总种子数量、总种子重量,并使开花时间提前、花期延长.养分添加对入侵种的开花株高和单粒种子重量的提高幅度要比本地种更显著.相对于部分本地植物(夜香牛、墨旱莲),养分添加更能促进部分入侵植物(假臭草、胜红蓟)的繁殖能力.三叶鬼针草和一点红的总种子数量和总种子重量在两种土壤养分水平下均较小.本地种墨旱莲的总种子数量和总种子重量在低养分条件下高于3个入侵种.这些结果表明,高土壤养分仅能促进部分入侵植物相对于部分本地植物的繁殖能力.

外来植物的入侵严重威胁了自然保护区的生物多样性.为探讨自然保护区内天然林和人工林林下外来植物入侵状况及其与本地优势植物的种间关系,本研究以弄岗国家级自然保护区为研究区域,结合保护区内4种生境72个样方的野外调查数据,利用生态位宽度、生态位重叠和种间联结指数比较了不同生境中外来入侵草本植物的多样性和生态位宽度以及外来入侵草本植物与本土优势草本植物的生态位重叠和种间联结.结果表明:弄岗国家级自然保护区4种生境共记录6种外来入侵草本植物,隶属于3科6属,其中菊科物种数量最多.外来入侵植物多样性呈现出秋枫(Bischofia javanica)人工林＞麻竹(Dendrocalamus latiflorus)次生林＞人面子(Dracontomeon duperreanum)人工林＞广西澄广花(Orophea polycarpa)次生林的特征.除广西澄广花次生林生境的外来入侵草本植物丰富度与本土草本植物丰富度呈显著正相关外,其余生境均无显著的相关关系.三叶鬼针草(Bidens pilosa)的生态位宽度最大,为4种生境均有分布的外来入侵植物.4种生境的外来入侵植物与本土优势植物生态位重叠和种间联结程度均较低,种间竞争较弱.本研究明确了弄岗国家级自然保护区天然林和人工林中外来入侵草本植物的分布及其与本土草本植物的种间关系.

锑矿的开采等活动剥离了喀斯特石漠化区的地上植被,导致该区群落物种组成与结构被破坏、生态系统受损或功能丧失.为了解锑矿开采后生态破坏区优势物种亮叶桦(Betula luminifera)群落特征及演替状态,并为复层植被重建的物种选择提供理论依据.基于贵州晴隆大厂镇锑矿生态破坏区调查数据,分析了该区优势物种的Levins生态位宽度和Pianka生态位重叠度,并运用卡方检验(x2)、Ochiai指数(OI)和Pearson相关性计算了群落优势物种种间联结性.结果表明:(1)石漠化锑矿生态破坏区物种组成远低于未破坏区(30科53属68种),仅为14科18属22种,乔木层物种仅为亮叶桦,灌木层物种重要值由高到低依次为密蒙花(Buddleia officinalis)、茅莓(Rubuss parvifolius)和水麻(Boehmeria penduliflora)等,草本层物种重要值由高到低依次为芒(Miscanthus sinensis)、头花蓼(Polygonum capitatum)、破坏草(Ageratina adenophora)、艾草(Artemisia argyi)和鬼针草(Bidens pilosa)等.(2)锑矿生态破坏区灌草层和未破坏区乔灌草层的物种重要值与生态位宽度呈极显著正相关,但不同物种的生态位宽度不同,这是物种生物学属性不同所致;锑矿生态破坏区除水麻与插田泡(Rubus coreanus)的生态位重叠值为1外,其他物种间的生态位重叠程度较低.(3)石漠化锑矿生态破坏区灌木层总体呈显著负联结,种对间负联结数占比较高(5对);草本层总体联结性不显著,但种对间负联结数有15对,其中艾草与芒、艾草与白三叶(Trifolium repens)、芒与破坏草种对间联结程度较高,表明植被群落处于演替前期,极不稳定且易受破坏.未破坏区乔木层和灌木层总体联结性不显著,草本层总体为显著正联结,表明未破坏区植被群落相对稳定.(4)石漠化锑矿生态破坏区植被恢复应选择生态习性相近、重叠程度较小、种间为正联结的物种,例如乔本层的亮叶桦和山苍子(Litsea cubeba)等,灌木层的密蒙花和茅莓等,草本层的艾草、蕨(Pteridium aquilinum)、芒和马唐(Digitaria sanguinalis)等,以达到乔灌草配置具有高稳定性植物群落的效果.锑矿生态破坏区物种组成较少,植物群落结构不稳定,处于演替早期;未来喀斯特石漠化锑矿生态破坏区植物群落仍需要很长一段时间演替才能达到未破坏区植物群落状态,适宜的乡土植物和合理的配置模式有助于加快植被恢复进程.