原野菟丝子寄生与丛枝菌根真菌共生对入侵杂草瘤突苍耳生长繁殖的影响
作者单位：沈阳农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：王维斌;李丽明
授予年度：2023年
摘 要：当前,外来入侵植物严重威胁着全球的生物多样性,并造成巨大经济损失。因此,如何高效、可持续性地管理这些有害入侵杂草已成为植物保护和入侵生态学领域的研究热点。越来越多的证据表明,一些本地或现有的寄生植物,包括菟丝子种,可成为防控外来入侵杂草的潜在新型生物防治剂,相比经典的生物防治方法有可持续性优势。瘤突苍耳(Xanthium strumarium),原产于北美,1991年在中国首次被报道,目前广泛入侵世界温带地区。原野菟丝子(Cuscuta campestris)为茎全寄生性植物。在之前研究中,我们发现瘤突苍耳对该菟丝子敏感,然而,该敏感响应的地下生态机制仍少有探究。本研究利用盆栽试验探究地上菟丝子寄生和重要土壤微生物--丛枝菌根真菌(AMF)共生对该宿主生长和繁殖的影响。并于2022年,野外调查研究了辽宁营口被寄生瘤突苍耳群落,验证了该宿主适合度被菟丝子高效限制。结果表明,相比于无AMF处理,AMF显著增强了瘤突苍耳的地上部生长,该宿主的茎、衰老叶生物量分别提高约28.8%,35.6%。该宿主在形态上表现为株高显著增加(约23.8%)。生长于有AMF土壤的宿主茎质量分数(SMF,约9.4%)显著提高,而叶质量分数(LMF)相比无AMF的降低了约10.4%。对于叶片光合作用,AMF显著降低了宿主在高氮(HN)与零氮(0N)添加下的净光合速率,气孔导度与蒸腾速率在总体上也有所降低,总体是提高了植株的长期水分利用效率,这反映在显著升高的叶片δC。在地下,N添加显著提升了宿主主根的长度、表面积与生物量,增大了根系吸收养分的面积,而增强地上部生长;AMF提升了宿主根系的AMF侵染率(36.1%-60.1%),显著高于土壤灭菌组的(4.5%-12.3%)。AMF同样显著促进了瘤突苍耳的整体生长,后者总生物量提升了约16.9%。与地上影响相反,AMF恶化了原野菟丝子对该宿主生长的限制,抵消了氮添加对该宿主生长的正贡献。在上述性状中,同时被菟丝子寄生与AMF侵染的瘤突苍耳的株高,总叶片数和绿色功能叶数均大幅度地降低,且该趋势随时间推移愈发地明显。野外调查发现明显的寄生限制。我们依据蒴果的形态学特征和系统发育树分析,首先鉴定寄生于河岸群落的瘤突苍耳上的菟丝子种为原野菟丝子。该菟丝子显著抑制了瘤突苍耳的地上部生长与繁殖,尤其是繁殖。被寄生宿主的茎的、总叶的和刺果生物量显著降低,刺果产生近乎失败。在随机调查的4个位点中,位点1地上部生物量降低了约89.6%,受寄生抑制最严重,该位点植株的株高、基茎和分枝数均大幅降低,茎变矮细。相反地,被寄生宿主显著提高了茎、叶质量分数(约25%,19.6%),但刺果质量分数(FMF)严重下降(约38.4%)。原野菟丝子寄生对瘤突苍耳茎生长的影响弱于对叶片的,尽管前者趋向于长高但失败。在该生境,原野菟丝子对被入侵群落的本地物种多样性无显著影响,却大幅增加了瘤突苍耳的种群密度。该发现可能与岩石堤岸的薄土沙层和瘤突苍耳刺果二形性有关。前者不利于小种子本地种种子的固着;对于后者,受胁迫的下位(大)幼苗会刺激上位(小)种子的萌发。不管怎样,田野菟丝子大幅抑制了侵占岩石堤岸生境的瘤突苍耳的生长和繁殖。综上,无论在盆栽还是堤岸生境,当地茎全寄生原野菟丝子均高效限制外来入侵宿主瘤突苍耳的生长与繁殖,是一种新型有潜力的生物控制剂;同时,原本互利的AMF加剧该寄生限制。
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