加拿大一枝黄花入侵生物学特性的形态解剖学及其有性生殖的控制研究

论文摘要

加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)是菊科(Composite)一枝黄花属(SolidagoL.)的多年生外来植物,原产北美洲。20世纪30年代作为观赏花卉引种于我国的上海、南京等地,20世纪80年代迅速扩散蔓延成杂草,特别在华东地区,现已成为危害严重的恶性杂草,引起社会的广泛关注。加拿大一枝黄花的强入侵性和危害性与它对不同环境的强适应能力以及它的繁殖方式有关,特别是它的强扩散性与其强大的有性繁殖能力密切相关。因此,研究加拿大一枝黄花强入侵性的适应机制和控制其有性繁殖对预测加拿大一枝黄花潜在入侵的地区以及遏制扩散蔓延速度具有重要意义。本文应用光学显微镜和扫描电镜,对采自不同环境下的加拿一枝花种群的茎叶结构进行了比较观察研究,对加拿大一枝黄花的有性生殖过程进行系统观察,并结合气候因子的分析,目的是从形态表型可塑性和生殖过程两方面揭示其生态适应性。另外,基于加拿大一枝黄花有性生殖的关键时期,利用花芽抑制剂NJW001抑制其花芽分化,阻止其结实,探索遏制其扩散蔓延的途径。主要得到以下几点结论:1.外来入侵植物加拿大一枝黄花45个不同地理种群茎叶形态结构比较研究用光学显微镜对采自华东地区的45个加拿大一枝黄花种群的叶表皮特征和茎形态结构进行观察。结果表明加拿大一枝黄花上下表皮均有表皮毛分布,各种群的下表皮毛密度均比上表皮毛密度大,且上下表皮毛的密度呈极显著正相关。各种群的上表皮细胞均为多边形,下表皮细胞不规则形和近有多边形。下表皮细胞的垂周壁呈直线型、弧形和浅波状。气孔类型均为无规则型。各种群的上下表皮毛密度、气孔密度、茎维管束数与茎直径的比例和髓部面积占茎面积的比例均有明显差异,且相关性分析显示气孔密度与土壤湿度呈显著正相关,各种群加拿大一枝黄花下表皮气孔密度平均可塑性最大。种群间的变化和可塑性可能提高其入侵的几率。2.通过观察生殖生物学过程看加拿大一枝黄花的入侵性加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)在中国华东的入侵地表现出比其原产地加拿大的花期延迟2个月,营养生长期延长,植株更高大,竞争力增强。本文用扫描电镜和石蜡切片的方法对加拿大一枝黄花有性生殖过程包括花芽分化、大小孢子发生及雌、雄配子体和胚胎发育进行了系统研究,并结合气候因子进行分析,试图阐明其生殖发育延迟的原因,进一步解释其入侵性增强的机制。结果表明花序长度与发育进程有密切的对应关系,头状花序长度为0～1.73±0.08 mm时是花芽分化期;2.20±0.07～3.50±0.10 mm时是大小孢子减数分裂的主要时期;5.15±0.14 mm左右形成成熟的花粉粒和胚囊。花药壁的发育形式为双子叶型,成熟花粉为三细胞型,变形绒毡层;单珠被,薄珠心,倒生胚珠,蓼形胚囊,胚囊中形成多个反足细胞,排成一列;胚胎的发育与一般双子叶植物相同。描述了不同发育阶段植株的形态。温度而不是日照长度可能是诱导花芽分化的主导因素。加拿大一枝黄花从花芽分化到种子形成的过程与其固有的温度适应特性有关及开花不同步等特性可能增强了其入侵性。3.花芽抑制剂对加拿大一枝黄花生殖发育抑制作用的研究针对加拿大一枝黄花结实量大,种子传播范围广的生物学特性,分别在营养生长末期、花芽分化初期、大小孢子发育初期、大小孢子发育末期和盛花期喷施花芽抑制剂NJW001,研究结果表明:8月底营养生长末期,植株顶端的叶片变窄,上部叶片里的腋芽开始萌动,但没有球形花芽发生,此时喷施0.10%浓度的NJW001能有效降低结实量和种子萌发率;9月初至9月中旬花芽分化期,植株顶部的叶呈莲座状着生,球型花芽在叶腋里密集发生,喷施0.06%浓度的抑制剂能有效抑制结实量和种子萌发率;大小孢子发育初期及以后3个时期喷药都对果序数的影响不大,9月中旬大小孢子发育初期,头状花序由球形变为两头小,中间大的橄榄形,圆锥花序逐渐展开,呈嫩绿色,此时喷施0.10%浓度的抑制剂能有效抑制种子萌发;9月底大小孢子发育末期,头状花序不断伸长,形状逐渐由橄榄形变成圆柱形,圆锥花序也逐渐变成黄绿色,此时施药0.16%浓度的抑制剂可以有效降低种子萌发率;10月中旬盛花期,整个花序呈金花色,头状花序上部张开,管状花的花冠开放,此时喷施0.20%以上浓度的抑制剂才能有效抑制种子萌发。综合考虑效果、成本因素,花芽分化期施药是最适时期,效果好且最经济。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1 生物入侵研究概述
• 1.1 入侵种的概念
• 1.2 外来入侵植物的传入途径和扩散过程
• 1.3 植物入侵的生态机理
• 2 入侵植物的特性
• 2.1 入侵植物的生态适应性
• 2.2 入侵植物的繁殖特性
• 2.3 入侵植物的竞争性
• 3 加拿大一枝黄花研究概况
• 3.1 形态特征
• 3.2 繁殖生物学和传播特性的研究
• 3.3 加拿大一枝黄花的生物系统学
• 3.4 加拿大一枝黄花的竞争特性研究
• 3.5 加拿大一枝黄花的危害、控制与利用
• 第二章 外来入侵植物加拿大一枝黄花45个不同地理种群茎叶形态结构比较研究
• 1 实验材料和方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 方法
• 2 结果分析
• 2.1 表皮毛
• 2.2 表皮细胞
• 2.3 气孔
• 2.4 茎的形态结构比较
• 2.5 茎叶结构特征的可塑性
• 2.6 不同加拿大一枝黄花种群茎叶结构特征的CCA分析
• 3.讨论
• 第三章 通过观察生殖生物学过程看加拿大一枝黄花的入侵性
• 1 材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 方法
• 2 结果与分析
• 2.1 花芽分化及其与外部形态大小的对应关系
• 2.2 小孢子发生和雄配子体发育
• 2.3 大孢子发生和雌配子体发育
• 2.4 开花传粉期
• 2.5 胚胎发育
• 2.6 花芽分化和大小孢子发育进程及其与外部形态及头状花序大小的对应关系
• 3 讨论
• 第四章 花芽抑制剂对加拿大一枝黄花生殖发育抑制作用的研究
• 1.材料和方法
• 1.1 材料
• 1.2 实验药剂
• 1.3 处理时间
• 1.4 处理浓度和观察方法
• 1.5 结实情况和种子萌发率考察
• 1.6 取材及切片
• 2 结果分析
• 2.1 花芽抑制剂处理对形态的影响
• 2.2 花芽抑制剂对加拿大一枝黄花果序数和种子萌发率的影响
• 2.3 不同时期不同浓度的花芽抑制剂对加拿大一枝黄花头状花序内部解剖结构的影响
• 3.讨论
• 全文讨论与总结
• 1 不同种群加拿大一枝黄花茎叶结构比较研究
• 2 通过观察生殖生物学过程看加拿大一枝黄花的入侵性
• 3 花芽抑制剂对加拿大一枝黄花生殖发育抑制作用的研究
• 参考文献
• 致谢