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氮脉冲对外来植物南美蟛蜞菊入侵性的影响及其内在机理研究

氮脉冲对外来植物南美蟛蜞菊入侵性的影响及其内在机理研究

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作者：沈芳圆江苏大学

学位级别：硕士

全球气候的变化,尤其是全球范围内氮沉降水平的加剧及氮素的时空分布不均严重地影响着外来植物的入侵进程。目前关于氮脉冲对外来入侵植物和本地植物生理生态影响及其内在机理的比较研究较为有限。因此,本研究拟分别结合不同氮沉降水平... 详细信息

全球气候的变化,尤其是全球范围内氮沉降水平的加剧及氮素的时空分布不均严重地影响着外来植物的入侵进程。目前关于氮脉冲对外来入侵植物和本地植物生理生态影响及其内在机理的比较研究较为有限。因此,本研究拟分别结合不同氮沉降水平、光周期及竞争模式等层面,通过研究比较氮脉冲对外来入侵植物南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊表型生长、光合作用系统、抗氧化系统及植物内源激素配比的改变等方面,深入揭示氮脉冲对外来入侵植物南美蟛蜞菊入侵性的影响及其内在机理。本论文主要研究结果如下:(1)从不同氮浓度下氮脉冲的影响来说,中氮水平(10g·N·m·year)下,南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊对氮脉冲的响应最明显。与本地蟛蜞菊相比,南美蟛蜞菊对中高氮水平下氮脉冲环境具有更强的适应性,体现在其地上部分的生长与地下根系的发育上。无论单峰或多峰氮脉冲环境两种植物的叶绿素、叶氮含量均显著增长。中高氮水平下氮脉冲对本地蟛蜞菊有明显的氧化胁迫,其叶片ROS和MDA含量显著增加。(2)从不同光周期的影响来说,无论是否施加氮脉冲,光周期的延长对两种植物地上部分的生长与地下根系的发育均有显著的促进作用,分别体现在叶面积、叶绿素和叶氮含量、主根数上。同时,我们发现南美蟛蜞菊在应对氮脉冲环境时更倾向于主茎的生长,而本地蟛蜞菊则更倾向于侧茎的生长。在短光周期处理下,氮脉冲对南美蟛蜞菊与本地蟛蜞菊的生长均有抑制作用,尤其是单峰氮脉冲处理时,这种抑制作用在长光周期处理下减小。我们还发现光周期的延长在一定程度上可以弥补单峰氮脉冲对两种植物带来的不利影响。(3)从不同竞争模式的影响来说,与单一种植相比,混种模式促进了植物的生长。随着南美蟛蜞菊种植比例的减小,与恒定施氮相比,氮脉冲增加了南美蟛蜞菊的叶面积,而抑制了其根系发育。竞争模式下,氮脉冲使得南美蟛蜞菊的生物量显著增加,而本地蟛蜞菊则并不显著。无论恒定施氮、单峰或多峰氮脉冲,两种植物的种植比例如何变化,南美蟛蜞菊RII值均大于本地蟛蜞菊,表明南美蟛蜞菊在竞争中时始终占据优势。我们还发现竞争模式下氮脉冲显著影响了两种植物的光合系统和抗氧化系统。(4)从植物内源激素配比的变化来说,光周期的延长对南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊地上部分激素配比的影响比较相似,而对地下激素配比,南美蟛蜞菊倾向于ABA/IAA比值的减小,本地蟛蜞菊则倾向于ABA/IAA、ABA/GA比值的降低。短光周期下,多峰氮脉冲对本地蟛蜞菊激素配比的影响比南美蟛蜞菊更为明显,而长光周期下,多峰氮脉冲对两种植物的激素分配均有显著影响。无论哪种氮脉冲形式,长短光周期的处理下两种植物内源激素配比的改变都与其总生物量、根系发育密切相关。竞争模式的改变显著影响两种植物内源激素的配比,且这些变化与植物的抗氧化系统密切相关。综上所述,本论文以农业生态系统中常见的氮脉冲对外来植物入侵性的影响为切入点,通过研究表明不同氮浓度、光周期以及竞争模式下氮脉冲均会引起南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊内部资源分配的变化,具体体现在其光合作用系统、抗氧化系统及植物内源激素配比的变化上,且南美蟛蜞菊在此过程中比本地蟛蜞菊更具优势。这些研究结果可为外来入侵植物在农业生态灌溉系统中的入侵防控提供有效预警,也可为其生态防控提供具体的数据支撑和新的思路。

关键词：氮脉冲南美蟛蜞菊光周期竞争力抗氧化系统内源激素配比

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外来植物南美蟛蜞菊对模拟盐胁迫的响应及对其入侵性影响的研究

外来植物南美蟛蜞菊对模拟盐胁迫的响应及对其入侵性影响的研究

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作者：张彬江苏大学

学位级别：硕士

随着全球气候频繁变化,非生物环境因子在时间和空间上的改变显著影响植物的生长代谢过程,这些非生物环境因子共同改变了本地和外来物种之间的竞争态势,不仅增加了本地生态系统的可入侵性,还加剧了外来植物入侵所造成的危害。本研究拟通... 详细信息

随着全球气候频繁变化,非生物环境因子在时间和空间上的改变显著影响植物的生长代谢过程,这些非生物环境因子共同改变了本地和外来物种之间的竞争态势,不仅增加了本地生态系统的可入侵性,还加剧了外来植物入侵所造成的危害。本研究拟通过研究比较外来植物南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊对不同模拟盐胁迫条件下的生理生态响应,初步探讨南美蟛蜞菊对盐环境的适应性。在此基础上通过研究不同营养、光强及物种竞争条件下模拟盐胁迫对两种植物生长的影响,结合不同环境条件下模拟盐胁迫对两种植物抗氧化酶活性及其内源激素配比的影响,深入揭示外来植物南美蟛蜞菊对模拟盐胁迫的响应及对其入侵性影响的内在机制。本论文的主要研究结果如下:(1)南美蟛蜞菊对模拟盐胁迫的响应实验结果表明:南美蟛蜞菊呈现出盐胁迫抑制生长的规律,本地蟛蜞菊呈现出低盐胁迫(100 mM)促进生长,中高盐胁迫(200 mM、300 mM)抑制生长的规律。盐胁迫对两种植物生长的影响主要表现在总生物量、株高、茎节数以及根长等方面。盐胁迫下南美蟛蜞菊会将更多的生物量转移到地上,本地蟛蜞菊将更多的生物量转移到地下。同时随着盐浓度的升高,两种植物叶片中的脯氨酸、MDA、POD和CAT的含量先增加后降低。南美蟛蜞菊IAA/ABA和GA/ABA值随着盐胁迫浓度的增加逐渐减少,本地蟛蜞菊随着盐胁迫浓度的增加IAA/ABA值先增大后减小。(2)不同营养条件下模拟盐胁迫对南美蟛蜞菊生长的影响实验结果表明:低盐胁迫时,低营养条件对两种植物的生长主要表现在株高、叶片数和总生物量的降低。高盐胁迫时营养条件改变对两种植物影响很大但具体表现有差异:无论高或低营养水平都对南美蟛蜞菊的株高和总生物量有抑制作用,而对本地蟛蜞菊而言,只在低营养水平上有株高、叶片数、根长的显著降低现象。低盐胁迫下南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊在高营养环境的叶片脯氨酸、MDA、POD和CAT含量较低,在低营养环境的脯氨酸和MDA含量较高。高盐胁迫下营养增加或者减少都会促使南美蟛蜞菊POD和CAT含量升高。低盐胁迫下南美蟛蜞菊GA/ABA、IAA/ABA和GA/ABA值在低营养处理组与对照组之间差异显著,高营养处理组无显著差异。高盐胁迫下南美蟛蜞菊各营养环境叶片GA和IAA含量降低,ABA含量升高,GA/ABA、IAA/ABA值急剧下降。(3)不同光强条件下模拟盐胁迫对南美蟛蜞菊生长的影响实验结果表明:低盐胁迫时,两种植物在低光环境下生长变化明显但规律不同:中光和低光显著增加南美蟛蜞菊的株高,显著降低本地蟛蜞菊叶片数、根长和总生物量。高盐胁迫时低光环境对两种植物的株高、叶片数、茎节数和根长都有不同程度的抑制。低盐胁迫下南美蟛蜞菊叶片脯氨酸、MDA、POD和CAT含量随着光强的减弱而增加,高盐胁迫增加了低光环境下南美蟛蜞菊POD含量,降低了低光环境的CAT含量。高低盐胁迫增加了本地蟛蜞菊中光环境下的MDA含量,降低了中光环境的CAT含量。无盐、低盐和高盐胁迫下,南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊叶片GA/ABA和IAA/ABA值均随着光强的减少而降低,低盐和高盐胁迫下低光环境的南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊GA/IAA值均比正常光照环境大。(4)不同竞争模式下模拟盐胁迫对南美蟛蜞菊生长的影响实验结果表明:盐胁迫对不同竞争模式下南美蟛蜞菊生长的影响主要体现在叶片数、茎节数、根长和总生物量上。低盐胁迫降低了单一种植下南美蟛蜞菊总生物量的积累,高盐胁迫恰好相反。盐胁迫增加了单一种植时本地蟛蜞菊株高和总生物量,降低了茎节数和根长。南美蟛蜞菊主要通过增加株高、根长和根质量占比来获得竞争优势。低盐胁迫南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊的RII值均为正值,此时两种植物均能从混合种植中受益,低盐胁迫降低了两种植物因竞争而带来的负面影响。高盐胁迫三种不同竞争模式下本地蟛蜞菊的RII值均为正值,本地蟛蜞菊在竞争中占据优势地位,南美蟛蜞菊在竞争中处于劣势。

关键词：入侵植物南美蟛蜞菊模拟盐胁迫抗氧化系统内源激素配比物种竞争

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模拟干旱环境下外来植物南美蟛蜞菊入侵机制的研究

模拟干旱环境下外来植物南美蟛蜞菊入侵机制的研究

引用

作者：何伟杰江苏大学

学位级别：硕士

外来植物入侵是本土生物多样性最大的威胁之一。随着全球气候变化加剧,干旱现象频发,增加或改变了入侵植物对自然生态系统的负面影响。已有研究表明未来气候变化可能会直接导致入侵植物在入侵地的竞争力上升从而加剧入侵,但是这些入侵... 详细信息

外来植物入侵是本土生物多样性最大的威胁之一。随着全球气候变化加剧,干旱现象频发,增加或改变了入侵植物对自然生态系统的负面影响。已有研究表明未来气候变化可能会直接导致入侵植物在入侵地的竞争力上升从而加剧入侵,但是这些入侵植物究竟是如何改变其竞争力的?通过哪些代谢途径或什么调控机制都尚不清楚。因此,本研究拟通过研究比较外来植物南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊在模拟干旱环境及模拟干旱环境与赤霉素合成抑制剂多效唑（PAC）共同作用下的表型特征、生理生态响应及其内源激素的调控规律,探讨南美蟛蜞菊对模拟干旱环境的适应性,同时结合比较转录组数据深入揭示模拟干旱环境下外来植物南美蟛蜞菊入侵的内在机制。本论文主要研究结果如下:（1）两种植物对模拟干旱环境的生理生态响应结果表明:聚乙二醇（PEG）模拟干旱和自然干旱均会抑制南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊的生长,同时会影响它们的抗氧化系统（POD、CAT、脯氨酸、MDA）和内源激素的含量（ABA、IAA、GA）。与自然干旱相比,PEG模拟干旱对两种植物的生长如叶片数、株高、根部发育、叶绿素含量等抑制作用更显著。自然干旱（D-6）条件下南美蟛蜞菊的根长显著增加,而本地蟛蜞菊的根长则无显著性差异。无论是PEG模拟干旱还是自然干旱处理,与对照处理组相比,南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊叶片中CAT、脯氨酸、MDA含量均显著增加,POD含量变化不显著。与此同时,南美蟛蜞菊叶片和根的ABA含量在干旱环境下均显著增加,而本地蟛蜞菊ABA含量虽然有所增加但其根部和叶片对不同干旱模式的响应不同。两种处理模式下南美蟛蜞菊地下部分ABA/IAA、ABA/GA比值均显著减少,而本地蟛蜞菊地上部分ABA/IAA比值显著减少,说明在干旱环境下南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊内源激素的调控模式并不相同或相似。（2）通过比较聚乙二醇（PEG）模拟干旱处理下是否添加PAC对两种植物生长的影响发现:添加PAC会降低PEG模拟干旱处理对两种植物生长的负面影响,对南美蟛蜞菊的影响主要体现在叶片数、株高和叶绿素含量上,而对本地蟛蜞菊的影响则主要体现在株高、根长、叶绿素含量上;同时,与PEG模拟干旱相比,添加PAC后南美蟛蜞菊叶片中POD和CAT活性显著增加且脯氨酸及MDA的含量显著下降,本地蟛蜞菊叶片中CAT活性、脯氨酸及MDA含量显著下降,说明在干旱环境下添加PAC可能更有利于缓解南美蟛蜞菊的氧化损伤。与PEG模拟干旱相比添加PAC后还能显著增加南美蟛蜞菊和本地蟛蜞菊不同组织部位的ABA含量,此时南美蟛蜞菊叶片和茎段的IAA含量、根部的GA含量也显著增加,而本地蟛蜞菊仅根部的IAA含量增加。这说明虽然添加PAC能缓解PEG模拟干旱对两种植物生长的负面影响,但对两种植物的影响机制却不同,因而植物的表型响应也不尽相同。（3）采用RNA-seq测序技术分别获得了南美蟛蜞菊88071个和本地蟛蜞菊80220个Unigenes。基于Nr,Swiss-Prot,KEGG和KOG/COG四大数据库对两种植物的Unigenes进行注释表明南美蟛蜞菊与本地蟛蜞菊分别有20616、22478个Unigenes得到注释。其中,WTCK-vs-WT75中有6821个差异表达基因,WTCK-vs-WT75P中有8909个差异表达基因,WCCK-vs-WC75中有4134个差异表达基因,WCCK-vs-WC75P中有3797个差异表达基因,且这些上调基因主要集中在分子功能类别中与催化活性相关的基因中。在PEG模拟干旱与PAC共同作用时南美蟛蜞菊差异表达基因主要涉及参与苯丙烷代谢、抗坏血酸和醛酸代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、叶酸生物合成等代谢通路,而本地蟛蜞菊差异表达基因则主要涉及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢、碳源代谢、ABC转运等代谢通路。

关键词：模拟干旱环境南美蟛蜞菊本地蟛蜞菊抗氧化系统内源激素配比比较转录组分析入侵机制

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