【摘要】：由于生物入侵嚴(yán)重威脅入侵地的生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)甚至人類健康,目前日益受到各國(guó)政府、國(guó)際組織以及學(xué)術(shù)界的高度重視,現(xiàn)已成為當(dāng)今世界面臨的三大環(huán)境問(wèn)題之一。刺蒼耳(Xanthium spinosum L.)是一種原產(chǎn)于南美洲的世界性雜草,目前廣泛分布于歐洲的中部和南部以及西北太平洋地區(qū)。1932年,其野生歸化種群在我國(guó)的河南省周口市鄲城縣被首次發(fā)現(xiàn),現(xiàn)已廣泛分布于我國(guó)北方的廣大地區(qū)。刺蒼耳生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng),結(jié)實(shí)量大,經(jīng)常成為群落中的優(yōu)勢(shì)物種,并且由于總苞密生倒鉤刺,易附著于牛、羊等動(dòng)物皮毛上,果實(shí)擴(kuò)散迅速,因此對(duì)入侵地的農(nóng)林畜牧業(yè)和生物多樣性造成了嚴(yán)重危害,現(xiàn)已被列入了《中華人民共和國(guó)進(jìn)境植物檢疫性有害生物名錄》。盡管國(guó)內(nèi)外學(xué)者在刺蒼耳的生態(tài)適應(yīng)性和競(jìng)爭(zhēng)能力等方面開(kāi)展了許多有益的研究工作,然而,有關(guān)刺蒼耳繁殖生態(tài)學(xué)的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。大量研究表明,生殖特性通常是外來(lái)植物成功入侵的關(guān)鍵因素,故本文通過(guò)比較外來(lái)入侵植物刺蒼耳與本地同屬植物蒼耳(Xanthium sibiricum Patr.)的繁殖生態(tài)學(xué)特性,以期探查出刺蒼耳成功定殖及擴(kuò)散的繁殖生態(tài)學(xué)機(jī)理。本研究的主要結(jié)論如下:1.無(wú)論是在個(gè)體水平還是種群水平上,刺蒼耳雌花和雄花的花期持續(xù)時(shí)長(zhǎng)均顯著長(zhǎng)于蒼耳,二者花期時(shí)長(zhǎng)相差一個(gè)月左右。個(gè)體水平上,刺蒼耳的雄花和雌花花期(80d和85 d)比蒼耳的(49 d和60 d)分別長(zhǎng)約31 d和25 d。種群水平上,刺蒼耳的雄花花期和雌花花期(91 d和100 d)比蒼耳的(65 d和73 d)分別長(zhǎng)約26 d和27 d。長(zhǎng)花期可降低由于惡劣天氣等外界條件影響導(dǎo)致的傳粉失敗的風(fēng)險(xiǎn),顯著提高了刺蒼耳成功傳粉受精的機(jī)會(huì)。此外,刺蒼耳與蒼耳在開(kāi)花時(shí)間上較高程度的重疊。個(gè)體水平上,刺蒼耳的雄花花期與蒼耳的雄花花期的重疊天數(shù)為42 d,刺蒼耳的雌花花期與蒼耳的雌花花期的重疊天數(shù)為55 d,刺蒼耳的雄花花期與蒼耳的雌花花期的重疊天數(shù)為59 d;種群水平上,刺蒼耳種群的雄花花期與蒼耳種群的雄花花期的重疊天數(shù)為58 d,刺蒼耳種群的雌花花期與蒼耳種群的雌花花期的重疊天數(shù)為69 d,刺蒼耳種群的雄花花期與蒼耳種群的雌花花期的重疊天數(shù)為71 d。開(kāi)花時(shí)間上較高程度的重疊極有可能造成二者的雜交繁殖,有可能導(dǎo)致本地物種蒼耳的減少或滅絕,甚至改變其進(jìn)化的方向。2.野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)刺蒼耳與蒼耳均為風(fēng)媒傳粉植物。重力載玻片法測(cè)定結(jié)果顯示:刺蒼耳和蒼耳的花粉散播均呈單峰曲線模式,花粉散播的數(shù)量均隨著距離的增加先增加而后減少。在平均風(fēng)速為0.89 m/s的微風(fēng)條件下,刺蒼耳花粉隨風(fēng)散播的最遠(yuǎn)距離為34m,蒼耳花粉隨風(fēng)散播的最遠(yuǎn)距離為40 m。然而,刺蒼耳的花粉散播總量比蒼耳的花粉散播總量高22.87%,尤其是在0~8 m范圍內(nèi),刺蒼耳的花粉散播數(shù)量比蒼耳的花粉散播數(shù)量高67.5%。由于刺蒼耳植株在群落中往往呈高密度聚集性分布,因此其散播出的大量花粉將顯著地增加其種群內(nèi)異交成功的可能性,有助于產(chǎn)生更多的異交種子,提高其后代的環(huán)境適應(yīng)性。3.刺蒼耳柱頭可授期的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)(10 d)比蒼耳柱頭可授期的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)(9 d)長(zhǎng)1d。在同一天內(nèi),刺蒼耳花粉活力的維持時(shí)間比蒼耳花粉的長(zhǎng)約1 h,在8:00~14:00間二者的花粉活力無(wú)顯著差異,但在16:00后,刺蒼耳的花粉活力始終顯著高于蒼耳的花粉活力,并且從早上08:00至晚上20:00的長(zhǎng)達(dá)12 h里,刺蒼耳的花粉活力均可維持在75%以上,最高可達(dá)99%。此外,刺蒼耳的單株花粉�？倲�(shù)高達(dá)26,504,809±3,704,981粒,約為蒼耳單株花粉粒總數(shù)(18,158,808.86±4,654,836)的1.46倍;刺蒼耳單株的胚珠總數(shù)平均約為21,516±2,010個(gè),約為蒼耳單株的平均胚珠總數(shù)(1,462±94)的14.72倍。與此同時(shí),刺蒼耳的柱頭表面積比蒼耳的柱頭表面積小約2%,但是刺蒼耳的花粉粒橫截面積比蒼耳的花粉粒橫截面積小約14.5%,因此刺蒼耳的柱頭表面積與花粉粒橫截面積的比值(S/C)比蒼耳的S/C值高12.3%,大大增加了刺蒼耳柱頭捕獲花粉粒、成功授粉受精的概率。刺蒼耳能夠在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間里維持較高的花粉活力,還能維持較長(zhǎng)時(shí)間的柱頭可授期,并且刺蒼耳在單株花粉�？倲�(shù)和單株胚珠總數(shù)較蒼耳也具有十分顯著的優(yōu)勢(shì),還具有較高的S/C值,這些特點(diǎn)大大提高了刺蒼耳成功授粉受精的機(jī)會(huì)。4.蒼耳繁殖器官(果實(shí)和雄花序)的生物量(干重)占植株總生物量(干重)的比重(繁殖分配比例)約為47.12%,而刺蒼耳繁殖器官的生物量(干重)占其總生物量(干重)的比重(繁殖分配比例)約為55.39%,比蒼耳的繁殖分配比例高出約17.55%,這說(shuō)明了刺蒼耳將超過(guò)半數(shù)的資源投資用于繁殖產(chǎn)生后代,可顯著提高刺蒼耳繁殖成功的概率,提高其入侵能力。并且,刺蒼耳單株果實(shí)的平均數(shù)量高達(dá)21232粒,而蒼耳單株的種子平均數(shù)量?jī)H為1404粒,刺蒼耳單株產(chǎn)生的種子數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于蒼耳(約15.12倍)。刺蒼耳高的結(jié)實(shí)量,有助于其在侵入地迅速定殖與擴(kuò)散繁衍。5.刺蒼耳的自交結(jié)實(shí)率與異交結(jié)實(shí)率分別為97%和80%,高于蒼耳的自交處理結(jié)實(shí)率(93%)和異交處理結(jié)實(shí)率(76%),說(shuō)明無(wú)論是自交還是異交,刺蒼耳均可大量結(jié)實(shí),并且相對(duì)于蒼耳均具有一定的優(yōu)勢(shì),這種靈活的交配機(jī)制顯著增強(qiáng)了其繁殖成功的概率,能夠保證刺蒼耳產(chǎn)生盡可能多的種子。刺蒼耳的自交處理結(jié)實(shí)率顯著地高于其異交處理結(jié)實(shí)率,自交能夠降低外界因素對(duì)繁殖的干擾,從而達(dá)到迅速成功繁殖的目的;而刺蒼耳高達(dá)80%的異交結(jié)實(shí)率,對(duì)刺蒼耳避免自交衰退,提高其后代的適合度具有積極意義。刺蒼耳與蒼耳均不具有無(wú)融合生殖的特性。綜上所述,與本地同屬植物蒼耳相比,外來(lái)入侵植物刺蒼耳在開(kāi)花物候、傳粉媒介、柱頭可授性、花粉活力、柱頭表面積與花粉粒橫截面積的比值、繁殖分配、繁育系統(tǒng)等繁殖生物學(xué)特性指標(biāo)上都表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì),具有很強(qiáng)的有性繁殖能力,這可能是其成功入侵的重要原因之一。
【學(xué)位授予單位】：石河子大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：Q948
【圖文】：

刺蒼耳和蒼耳花粉傳播距離Figure3-1Pollen-dispersaldistancesofXanthiumspinosumandXanthiumsibiricum.

刺蒼耳和蒼耳的花粉活力日變化格局的比較

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2768167