【摘要】：由于生物入侵嚴重威脅入侵地的生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟甚至人類健康,目前日益受到各國政府、國際組織以及學(xué)術(shù)界的高度重視,現(xiàn)已成為當今世界面臨的三大環(huán)境問題之一。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)已廣泛分布于我國北方的廣大地區(qū)。刺蒼耳生態(tài)適應(yīng)性強,結(jié)實量大,經(jīng)常成為群落中的優(yōu)勢物種,并且由于總苞密生倒鉤刺,易附著于牛、羊等動物皮毛上,果實擴散迅速,因此對入侵地的農(nóng)林畜牧業(yè)和生物多樣性造成了嚴重危害,現(xiàn)已被列入了《中華人民共和國進境植物檢疫性有害生物名錄》。盡管國內(nèi)外學(xué)者在刺蒼耳的生態(tài)適應(yīng)性和競爭能力等方面開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)的研究尚未見報道。大量研究表明,生殖特性通常是外來植物成功入侵的關(guān)鍵因素,故本文通過比較外來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散的繁殖生態(tài)學(xué)機理。本研究的主要結(jié)論如下:1.無論是在個體水平還是種群水平上,刺蒼耳雌花和雄花的花期持續(xù)時長均顯著長于蒼耳,二者花期時長相差一個月左右。個體水平上,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)分別長約26 d和27 d。長花期可降低由于惡劣天氣等外界條件影響導(dǎo)致的傳粉失敗的風險,顯著提高了刺蒼耳成功傳粉受精的機會。此外,刺蒼耳與蒼耳在開花時間上較高程度的重疊。個體水平上,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。開花時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,甚至改變其進化的方向。2.野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)刺蒼耳與蒼耳均為風媒傳粉植物。重力載玻片法測定結(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。在平均風速為0.89 m/s的微風條件下,刺蒼耳花粉隨風散播的最遠距離為34m,蒼耳花粉隨風散播的最遠距離為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)時長(10 d)比蒼耳柱頭可授期的持續(xù)時長(9 d)長1d。在同一天內(nèi),刺蒼耳花粉活力的維持時間比蒼耳花粉的長約1 h,在8:00~14:00間二者的花粉活力無顯著差異,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的長達12 h里,刺蒼耳的花粉活力均可維持在75%以上,最高可達99%。此外,刺蒼耳的單株花粉�？倲�(shù)高達26,504,809±3,704,981粒,約為蒼耳單株花粉�？倲�(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,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,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。刺蒼耳能夠在相對較長的時間里維持較高的花粉活力,還能維持較長時間的柱頭可授期,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,還具有較高的S/C值,這些特點大大提高了刺蒼耳成功授粉受精的機會。4.蒼耳繁殖器官(果實和雄花序)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%,這說明了刺蒼耳將超過半數(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,刺蒼耳單株果實的平均數(shù)量高達21232粒,而蒼耳單株的種子平均數(shù)量僅為1404粒,刺蒼耳單株產(chǎn)生的種子數(shù)量遠遠多于蒼耳(約15.12倍)。刺蒼耳高的結(jié)實量,有助于其在侵入地迅速定殖與擴散繁衍。5.刺蒼耳的自交結(jié)實率與異交結(jié)實率分別為97%和80%,高于蒼耳的自交處理結(jié)實率(93%)和異交處理結(jié)實率(76%),說明無論是自交還是異交,刺蒼耳均可大量結(jié)實,并且相對于蒼耳均具有一定的優(yōu)勢,這種靈活的交配機制顯著增強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)實率顯著地高于其異交處理結(jié)實率,自交能夠降低外界因素對繁殖的干擾,從而達到迅速成功繁殖的目的;而刺蒼耳高達80%的異交結(jié)實率,對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融合生殖的特性。綜上所述,與本地同屬植物蒼耳相比,外來入侵植物刺蒼耳在開花物候、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)特性指標上都表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢,具有很強的有性繁殖能力,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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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】

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本文編號：2768167