加拿大一枝黄花Solidago canadensis Lour现已入侵至包括中国在内的亚洲大部分国家、欧洲中西部国家,以及澳大利亚和新西兰等地,成为一种世界性入侵杂草,严重影响各区域的生态结构、生态安全和环境.在中药资源化学理论的指导下,基于中药及天然药物资源的多宜性原则,在前人较为系统的研究基础上,针对性地提出采用"化害为利"策略,引导和促进这一外来入侵物种的转化利用,将其归化为可造福于我国经济社会和生态健康发展的特色优势资源,为促进人与自然和谐共生、丰富我国中药及天然药物资源种类做出应有贡献.

为探究外来植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)入侵与南京市本土植物多样性的关系,该文采用踏查及样方调查对其入侵地群落的物种组成与多样性进行研究.结果表明:(1)入侵地群落中共有维管植物200 种(含种下单元),隶属于62 科156 属,其中被子植物195 种,裸子植物1 种,蕨类植物4 种;数量最多的是菊科(Asteraceae)和禾本科(Poaceae)植物,分别有25 种和24 种;从生活型来看,草本植物占多数,有 133 种,占所有种的66.50%;此外,群落内尚有其他外来植物 29 种.群落中重要值最大的是加拿大一枝黄花,为 40.00%;其次是救荒野豌豆(Vicia sativa),为 7.00%.(2)从植物区系看,非入侵地中植物科的区系分布型共 4 个,而入侵地植物科的区系类型仅有 3 个,其中泛热带分布、世界分布和北温带分布为两者均有,东亚和北美间断分布型仅在非入侵地中存在.非入侵地植物科的区系以世界分布型为主,有 13 科,占该类型群落中所有科的39.39%;入侵地则以泛热带分布型为主,有16 科,占总科数的45.71%.非入侵地中植物属的区系分布型有 10 个,而入侵地有 12 个,两者区系成分相近,旧世界热带型和热带亚洲至热带大洋洲分布型仅在入侵地中出现.北温带分布型和世界分布型同为两者中最主要成分.入侵地及非入侵地群落属的区系R/T值分别为0.58 和0.38,种系分化度分别为3.29 和3.11.(3)重度入侵群落的Margalef指数(E)与非入侵及轻度入侵群落相比,显著降低;此外,重度入侵群落的 Simpson指数(D)、Shannon-Weiner(H′)指数和Pielou指数(J)均显著低于非入侵、轻度入侵、中度入侵群落.(4)不同生境之间加拿大一枝黄花群落的E、D、H′和J均无显著性差异.该研究可为南京地区的加拿大一枝黄花入侵地的治理防控和生态恢复,以及进一步的科学研究提供强有力的理论支撑.

为进一步开发和利用加拿大一枝黄花(Solidago canadensis),该研究采用氯化铝显色法和福林酚法测定加拿大一枝黄花乙醇提取物及其不同极性萃取物中的总黄酮和总酚的含量;以抗坏血酸 (Vitamin C, Vc)和二丁基羟基甲苯 (BHT)为阳性对照,应用2, 2-联氮-二 ( 3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐 (ABTS)、1,1-二苯基苦基苯肼(DPPH)自由基清除体系、铁离子还原能力(FRAP)法和抗氧化能力指数(ORAC)法研究其体外抗氧化活性.结果表明:乙酸乙酯萃取物中的总黄酮 (202.45 mg·g-1)和总酚 (485.94 mg·g-1)含量最高,且其抗氧化活性最强,并强于阳性对照Vc (P<0.05).因而,加拿大一枝黄花乙酸乙酯萃取物将有可能成为一种潜在的天然高效抗氧化剂,具有广泛的应用前景.

入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)给许多地区带来了较大危害,目前常采用化学防除法进行防除,但除草剂防治入侵植物的同时难免会影响土著植物的生长.为探讨草甘膦对入侵植物与本地植物光合特性的影响,以加拿大一枝黄花及其伴生种白茅(Imperata cylindrica)为研究对象,采用盆栽控制试验方法,研究不同浓度草甘膦处理21后单种、混种加拿大一枝黄花和白茅的生长特征及光响应过程.结果表明:1)草甘膦显著抑制两种植物的生长.随处理浓度升高,加拿大一枝黄花的株高增长量不断减小、叶片枯萎率不断增加;白茅的分蘖死亡率、叶片枯萎率不断升高.白茅对草甘膦较敏感,0.6mL/L浓度下白茅先失绿,1.2mL/L下其分蘖死亡率、叶片枯萎率均超50％;1.8mL/L下加拿大一枝黄花叶片枯萎率超50％.施药后与单种相比,混种加拿大一枝黄花株高增长略快、叶片枯萎率略低,混种白茅分蘖死亡率及叶片枯萎率均较低,但单、混种之间差异不显著.种间关系显著影响白茅的分蘖数.2)随处理浓度递增,加拿大一枝黄花和白茅叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)均不断降低,白茅下降更快.两个物种胞间CO2浓度(Ci)的变化不同,随着浓度升高,单种加拿大一枝黄花Ci先下降而后上升,而混种时的Ci则不断下降;单、混种白茅Ci均上升.3)草甘膦显著影响加拿大一枝黄花和白茅最大净光合速率(Pnmax)、光饱和点(LSP)和光补偿点(LCP);对两个物种暗呼吸速率(Rd)的影响不显著,对加拿大一枝黄花表观量子效率(AQY)的影响同样不显著,但显著影响白茅AQY.种植方式显著影响两个物种Pnmax、LSP以及白茅Rd和AQY.0.6mL/L草甘膦对混种加拿大一枝黄花和白茅Pnmax的影响要大于对单种植株的影响,随处理浓度上升,对不同种植方式下两种植物Pnmax的影响趋近.与本地种白茅相比,入侵植物加拿大一枝黄花具有更高的光合速率和生长速率;草甘膦显著降低两个物种的生长和光合作用,白茅对草甘膦处理更敏感.

目的 对加拿大一枝黄花和一枝黄花进行鉴别,从而控制一枝黄花的药材质量.方法 采用显微鉴定技术对两种样品的叶片进行显微制片并对比观察.结果 一枝黄花和加拿大一枝黄花在叶缘非腺毛的细胞构成数目和叶片下表皮非腺毛的类型方面存在明显差异,一枝黄花叶缘非腺毛常为3～7个细胞,而加拿大一枝黄花叶缘非腺毛多由2～4个细胞构成,加拿大一枝黄花的下表皮具有非鼠尾状的普通非腺毛,而一枝黄花则无.结论 一枝黄花和加拿大一枝黄花在叶片上的显微差异可以作为一枝黄花药材鉴别的参考依据.

测定木质素含量的方法主要有Klason法和巯基乙酸(TGA)法,其中Klason法测定类型较全面,而TGA法主要用于测定β-O-4型木质素含量.Fasga染色法和Quantifasga法可用于观察和测定木质部和韧皮部木质素化程度.为了探究上述方法是否能用于测定加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)茎秆木质素含量和木质素化程度,为进一步研究木质素与其入侵能力的关系提供试验方法,本研究选用采集于南京、南通和宁波3个地区的加拿大一枝黄花种群,在生长期和成熟期分别测定了它们的株高和茎直径;利用上述方法测定其茎秆木质素含量及木质部和韧皮部木质素化程度.结果显示,南京种群成熟期株高、茎直径均显著高于其他2个种群.Klason法、TGA法的测定结果显示,3个地理种群生长期的木质素含量没有显著差异;且随着生长发育期的延长均显著增加;成熟期南通种群具有最高的总木质素含量.Fasga染色法和Quantifasga法测定结果显示,在生长期各地理种群木质部和韧皮部木质素化发育程度相似;但在成熟期,南京种群木质部木质素化程度显著高于宁波种群.上述结果表明,Klason法和TGA法都能有效测定加拿大一枝黄花木质素含量,由于测定的木质素类型不同,建议根据实验目的选择;Fasga染色法及Quantifasga法能应用于加拿大一枝黄花茎秆木质素化程度的定性和定量研究.

温度是影响植物生长的关键因子,氮是限制植物生长和光合作用的重要资源,两者对入侵植物的功能性状可能产生重要影响.为预测气候变暖和大气氮沉降背景下入侵植物的入侵性,以中国来源和北美来源的加拿大一枝黄花为人侵种,设置2℃增温和氮添加处理,研究了来源、增温和加氮对加拿大一枝黄花叶性状(叶绿素含量、叶面积和叶干物质含量)和性状谱的影响.结果 表明:加拿大一枝黄花其中国来源比北美来源具有更低的叶干物质含量;2℃增温显著增大叶面积;加氮显著提高叶绿素含量;来源与增温的交互作用对叶面积影响显著.中国来源的加拿大一枝黄花叶面积与叶干物质含量呈显著负相关关系,增温使叶面积与叶绿素含量呈显著正相关关系,加氮使叶面积与叶绿素含量、叶面积与叶干物质含量分别呈显著正相关和显著负相关关系.由此推知,增温和加氮有可能增强加拿大一枝黄花叶片获取资源的能力,气候变暖和大气氮沉降可能提高加拿大一枝黄花的入侵性.

[目的]研究加拿大一枝黄花入侵区域的入侵格局,分析其入侵性与当地生态环境之间的关系.[方法]通过随机布设样地方法量化了该植物入侵区域的海拔、坡度、植物群落等22个生境因子,并进行主成分分析.[结果](1)加拿大一枝黄花生境的22个生态因子所含的生态信息可用6个综合因子表征:土壤肥力因子、土壤理化因子、植被因子、复合因子、干扰因子和光源因子;(2)加拿大一枝黄花的发生频率与速效钾、样地中植物总株数、杂草盖度、有机质、植物种数、海拔、坡度、乔木高度、乔木大小、土壤含水率等生态因子呈正相关,但是与水源距、土壤有效磷、土壤全磷、土壤pH呈负相关.[结论]加拿大一枝黄花入侵可能与当地自然环境中的某些生态因子密切相关,生态因子可能对其入侵成功产生抑制或促进作用.本研究有助于明确加拿大一枝黄花入侵的生态因子,为该入侵植物的有效防治提供一定的理论依据.

入侵植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)具有较强的钾(K)富集能力,这可能和其对土壤微生物群落的改变有关.根际解钾菌能够将植物难以利用的矿物态钾转化为植物可以利用的可溶性钾,而加拿大一枝黄花如何影响根际解钾菌多样性和解钾活性尚未明了.该研究以浙江省杭州湾湿地围垦区内自然生长的加拿大一枝黄花和其伴生本地植物白茅(Imperata cylindrica)为研究对象,比较了加拿大一枝黄花和白茅体内及土壤中的钾含量水平,钾供给水平对生物量积累的影响,以及根际解钾菌的数量、多样性和解钾活性的差异.结果 表明,加拿大一枝黄花茎、叶中的钾含量均显著高于白茅,分别是白茅的1.59和7.33倍;加拿大一枝黄花和白茅的土壤全钾含量差异不显著,速效钾含量在0-10 cm土层中差异显著、在10-20 cm土层中差异不显著.随着钾供应水平提高,加拿大一枝黄花和白茅的生物量均显著增加.利用解钾培养基计数培养后发现,加拿大一枝黄花根际解钾菌的数量是白茅的3.51倍.分离培养后将出现解钾圈的菌株进行鉴定,利用解钾液体培养实验测定其解钾量,发现从加拿大一枝黄花根际土中分离得到的15个解钾菌株中,有9个具有高效解钾能力,其处理液中K+含量较空白对照高出85.11％-192.54％,其中菌株H2-20解钾能力最强,解钾量为10.657 mg·L-1.加拿大一枝黄花根际解钾菌解钾作用显著高于白茅.经16S rDNA鉴定发现,加拿大一枝黄花15个根际解钾菌株分属11个属,其中有6个属已经被报道证实具有明显解钾能力.这些结果表明加拿大一枝黄花根际解钾菌数量较为丰富,且大多具有较高解钾活性,可能对其钾富集具有重要贡献.

植物表型是基因型与外界环境共同作用的结果.精确测量植物表型对于植物生理特征与功能性状研究具有重要意义.本研究以加拿大一枝黄花(Solidago canadensis)为对象,对20株植株进行3个月室内培养,各月利用地基激光雷达扫描(terrestrial LiDAR scanning,TLS)系统对实验植株进行多站扫描和点云融合,实现对植株生长过程的连续观测.对于扫描获取的离散点云,利用多端点三维坐标重构法获取植株高度,并基于叶片点云的Delaunay三角网重构叶片表面,获得植株的真实高度、叶面积、叶倾角和方位角等结构参量.对比手动测量结果,发现基于点云重构获得的植株高度与真实植株高度对比,二者间相似性的决定系数(R2)为0.991,叶面积、叶倾角、方位角相似性R2分别为0.989、0.949和0.871;基于TLS点云重构法实现了非破坏性的植物表型测量,能够获得高精度的植物表型特征;多时相扫描能精确监测植物生长过程的表型特征变化.