薇甘菊入侵對(duì)三裂葉蟛蜞菊生理特性的影響

許華 廖潔草 蔡明睿

摘要：為探究薇甘菊（Mikania micrantha）入侵對(duì)三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）生理特性的影響，比較了薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊和無薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊葉片過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和葉綠素含量。結(jié)果表明，薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊相對(duì)于無薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊，除SOD活性沒有顯著性差異外，POD活性、CAT活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量及葉綠素含量均有顯著降低。薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊的保護(hù)酶系統(tǒng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)和光合系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的影響。

關(guān)鍵詞：薇甘菊（Mikania micrantha）；三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）；生理特性

中圖分類號(hào)：Q945.79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）03-0615-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.027

Effects of Mikania micrantha Invasion on Physiological

Characteristics of Wedelia trilobata

XU Hua， LIAO Jie-cao， CAI Ming-rui

（ College of Engineering Technology， Beijing Normal University Zhuhai Campus， Zhuhai 519087， Guangdong， China）

Abstract：The activities of peroxidase （POD）， catalase （CAT） and superoxide dismutase （SOD） and content of soluble sugar， soluble protein and chlorophyll in leaves of Wedelia trilobata inside and outside Mikania micrantha invasion area were compared to explore the effects of Mikania micrantha invasion on physiological characterstics. The results showed that compared with Wedelia trilobata outside Mikania micrantha invasion area， activities of POD and CAT， content of soluble sugar and soluble protein and chlorophyll in leaves of Wedelia trilobata inside Mikania micrantha invasion area decreased significantly， but activity of SOD had not significantly reduced. Invasion of Mikania micrantha had great influence on systems of protective enzymes， osmotic adjustment and photosynthesis of Wedelia trilobata.

Key words： Mikania micrantha； Wedelia trilobata； physiological characteristics

中國是生物多樣性大國，隨著長期以來與外界經(jīng)濟(jì)文化的交流，導(dǎo)致大量物種的引進(jìn)和輸出，外來物種入侵的問題也變得日益突出。資料顯示中國目前外來入侵植物達(dá)380種之多。外來植物入侵已經(jīng)對(duì)中國的生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)安全、區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了巨大危害。因此有必要提高警惕，對(duì)于新入侵或者潛在的外來入侵物種， 應(yīng)及早給予重視及治理，同時(shí)加強(qiáng)了解其生物特性和生態(tài)學(xué)特性，為科學(xué)管理提供依據(jù)[1]。

薇甘菊（Mikania micrantha）系菊科假澤蘭屬多年生攀援草本，原產(chǎn)熱帶美洲，是世界上十大危害雜草之一，20世紀(jì)80年代末到90年代初已廣泛分布于廣東省沿海各地，尤其在珠江三角洲地區(qū)，造成了極大危害[2]?，F(xiàn)在深圳市區(qū)內(nèi)的許多公園大道及自然保護(hù)區(qū)都有薇甘菊的蹤跡，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，薇甘菊在深圳的危害面積已達(dá)2 700 hm2，覆蓋區(qū)域中50%～60%的島嶼生態(tài)平衡遭到破壞，多種植物因薇甘菊的覆蓋而難以存活，從而導(dǎo)致島上居住的部分動(dòng)物因缺乏食物而死亡[3]。

三裂葉蟛蜞菊（Wedelia trilobata）屬菊科多年生草本植物，原產(chǎn)美洲，又稱南美蟛蜞菊。20世紀(jì)70年代作為園林綠化植物引入中國，目前在華南地區(qū)已成為農(nóng)林業(yè)雜草，因其環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，病蟲害少，兼具種子與克隆繁殖，生長迅速，易形成覆蓋植被而侵占其他植物的生長空間，是華南地區(qū)危害嚴(yán)重的區(qū)域性入侵植物之一[4]。陳賢興等[5]研究證實(shí)三裂葉蟛蜞菊對(duì)中國幾種重要經(jīng)濟(jì)作物具有化感作用，會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)作物的生產(chǎn)產(chǎn)生較大的影響。

目前為止，大部分研究都著重于研究薇甘菊或三裂葉蟛蜞菊的危害和防治方法，這些研究表明，薇甘菊和三裂葉蟛蜞菊都是入侵性極強(qiáng)的外來物種，在中國多地已造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，兩者都對(duì)多種植物具有化感作用，對(duì)植物的生長發(fā)育造成影響，能夠改變當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)的生物多樣性及穩(wěn)定性[6-11]。研究利用種間競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來進(jìn)行植物的生物防除已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)[12]。因此，開發(fā)利用入侵植物資源用于某些植物的生物防除和綠化管理具有十分廣闊的前景，但薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊生理特性影響的相關(guān)報(bào)道鮮見。因此，本研究通過比較薇甘菊入侵區(qū)域和無薇甘菊入侵區(qū)域三裂葉蟛蜞菊葉片的SOD活性、POD活性、CAT活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及葉綠素含量變化，研究薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊生理特性的影響程度，旨在為充分利用植物資源對(duì)特定外來入侵植物進(jìn)行生物防治提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2013年3～4月在北京師范大學(xué)珠海分校工程技術(shù)學(xué)院植物學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

在北京師范大學(xué)珠海分校校園內(nèi)選取相鄰的兩個(gè)三裂葉蟛蜞菊種群，其中一個(gè)種群無薇甘菊入侵，另一種群有薇甘菊入侵。從入侵地和非入侵地分別摘取長勢(shì)基本一致的三裂葉蟛蜞菊4株，立刻帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理和指標(biāo)測(cè)定。每株各取一片葉片分別測(cè)定SOD活性、POD活性、CAT活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及葉綠素含量，即每個(gè)指標(biāo)均設(shè)4次重復(fù)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 提取液制備 粗酶提取液的制備參照吳學(xué)明等[13]的方法，可溶性蛋白提取液制備參照強(qiáng)偉等[14]的方法，可溶性糖提取液制備參照馬琴國等[15]的方法，葉綠素提取液制備參照徐國瑞等[16]的方法。

1.3.2 測(cè)定方法 6種檢測(cè)指標(biāo)都使用紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行比色方法檢測(cè)。可溶性蛋白含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法[14]，在595 nm的波長下測(cè)定吸光值；可溶性糖含量的測(cè)定采用蒽酮比色法[15]，在620 nm的波長下測(cè)定吸光值；葉綠素總含量測(cè)定采用乙醇丙酮提取法[16]，分別在663 nm和645 nm的波長下測(cè)定吸光值；SOD活性的測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法[13]，在560 nm的波長下測(cè)定吸光值；POD活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[17]，在470 nm波長下測(cè)定吸光值，每隔30 s記錄一次數(shù)據(jù)，共計(jì)3 min，以1 min內(nèi)OD470 nm變化0.01為1個(gè)酶活性單位；CAT活性的測(cè)定采用紫外吸收法[17]，在240 nm的波長下測(cè)定吸光值，每隔1 min記錄一次數(shù)據(jù)，共計(jì)3 min，以1 min內(nèi)OD240 nm變化0.1為1個(gè)酶活性單位。

1.4 指標(biāo)計(jì)算方法

參照參考文獻(xiàn)[18]中的計(jì)算方法，依據(jù)公式計(jì)算各指標(biāo)的值：

SOD活性=[（Ack-AE）×V]/（1/2Ack×W×Vt）

POD活性=（ΔA470×Vt）/（W×Vs×0.01×t）

CAT活性=[ΔA240×Vt]/（W×Vs×0.01×t）

可溶性蛋白質(zhì)含量=（C×Vt）/（W×Vs）

可溶性糖含量（%）=[（C×Vt）/（Vs×W×106）]×100

葉綠素總量：CT=Ca+Cb=8.02×OD663 nm+20.21×OD645 nm

式中，ΔOD為反應(yīng)時(shí)間內(nèi)吸光度的變化；W為樣品鮮重；Δt為反應(yīng)時(shí)間；Vt為提取酶液總體積；Vs為測(cè)定時(shí)取用酶液體積；Ack為照光對(duì)照管的吸光度；AE為樣品管的吸光度；V為樣品液總體積；C為標(biāo)準(zhǔn)曲線所查值。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用 SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行One-way ANVOA方差分析，并進(jìn)行Duncan多重比較分析，顯著性水平設(shè)為0.05。表中數(shù)據(jù)均用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊保護(hù)酶活性的影響

由圖1可知，相對(duì)于無薇甘菊入侵區(qū)域，薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊葉片SOD活性有所降低但不顯著，POD活性和CAT活性顯著降低。這表明薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊的保護(hù)酶活性造成了顯著影響。

2.2 薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)的影響

由圖2可知，相對(duì)于無薇甘菊入侵區(qū)域，薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊葉片中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量顯著降低。這表明薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊的滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)造成了顯著影響。

2.3 薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊葉綠素含量的影響

由圖3可知，薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊葉片葉綠素含量顯著小于無薇甘菊入侵區(qū)域的三裂葉蟛蜞菊葉片葉綠素含量。這表明薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊光合色素的合成或分解造成了顯著影響。由以上分析可知，薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊的部分保護(hù)酶活性、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光合系統(tǒng)均造成了不同程度的影響。

3 小結(jié)與討論

一般而言，不管是相同植物物種還是不同植物物種，只要共享某種資源就會(huì)存在不同程度的競(jìng)爭(zhēng)。當(dāng)薇甘菊和三裂葉蟛蜞菊處于同一區(qū)域生長時(shí)，兩者之間便有了競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象意味著由于相鄰競(jìng)爭(zhēng)植物的存在而使環(huán)境資源減少，從而導(dǎo)致一個(gè)有機(jī)體阻礙了另一個(gè)有機(jī)體的正常生長和發(fā)育，實(shí)際上是有機(jī)體之間互相影響和阻礙[19]。本研究中薇甘菊入侵使三裂葉蟛蜞菊生存環(huán)境中的資源相對(duì)減少，使三裂葉蟛蜞菊受到逆境脅迫，影響了三裂葉蟛蜞菊的正常生長和發(fā)育。

植物保護(hù)酶的活性往往是衡量一個(gè)植物健康與否的重要生理指標(biāo)之一，在不同的自然環(huán)境中保護(hù)酶活性也會(huì)不同。逆境條件下植物體保護(hù)酶系統(tǒng)能夠清除體內(nèi)多余的自由基，這一保護(hù)酶系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)抗氧化系統(tǒng)，它由許多酶和還原性物質(zhì)組成，其中超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶是植物保護(hù)酶系的重要保護(hù)酶。植物通過抗氧化酶加強(qiáng)抗氧化作用提高對(duì)逆境的抗性，從而防止自由基毒害[20]。SOD能夠清除生物體內(nèi)的超氧陰離子自由基，清除機(jī)體中產(chǎn)生的自由基和維持動(dòng)態(tài)平衡，具有保護(hù)生物體，防止衰老和治療疾病等作用，是衰老和死亡的直觀指標(biāo)[21]。植物體中POD在植物體內(nèi)主要有兩方面的作用。一方面與植物正常的形態(tài)發(fā)生和形態(tài)建成有關(guān)，在植物的生長、發(fā)育過程中起作用；另一方面與植物的抗逆性有關(guān)，包括抗旱、抗寒、抗鹽、抗病等[22]。CAT普遍存在于植物的所有組織中，CAT作為過氧化物的重要清除劑，在植物的抗逆性上起著重要的作用，是調(diào)節(jié)植物細(xì)胞凋亡的重要因子，在植物體內(nèi)起著抗氧化防御作用[23]。植物在逆境環(huán)境中為了消除活性氧自由基所帶來的毒害，開始適應(yīng)逆境產(chǎn)生的脅迫作用，但是這種維持有一定的限度，當(dāng)脅迫超過植物的承受極限時(shí)，POD和CAT活性則會(huì)下降或破壞，膜脂質(zhì)過氧化作用加劇，細(xì)胞的正常代謝被破壞，植物生長受到抑制[20]。薇甘菊入侵后，三裂葉蟛蜞菊葉片的SOD活性降低但不顯著，而POD和CAT活性則顯著下降，說明薇甘菊的入侵所產(chǎn)生的脅迫作用可能超過三裂葉蟛蜞菊的承受極限，影響了三裂葉蟛蜞菊的抗氧化系統(tǒng)，進(jìn)而影響了其生長和發(fā)育。

葉綠素是植物葉片進(jìn)行光合作用最重要的物質(zhì)之一，其含量是反映植物光合作用能力的重要指標(biāo)[16]。葉綠素含量受環(huán)境因子的影響，葉綠素含量的下降可作為葉片衰老開始的標(biāo)志和逆境條件下生理反應(yīng)的重要參數(shù)，常利用葉片葉綠素的含量來判斷光合生產(chǎn)能力、逆境脅迫程度等[24，25]。薇甘菊入侵使三裂葉蟛蜞菊葉片的葉綠素含量下降，說明薇甘菊入侵可能改變了三裂葉蟛蜞菊的環(huán)境因子，使其生長環(huán)境變得惡劣，因而受到逆境脅迫，使三裂葉蟛蜞菊葉片光合色素的合成和分解受到影響，從而影響了其光合作用能力。

植物在逆境中會(huì)通過增加溶質(zhì)的積累來維持其滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可溶性糖和可溶性蛋白都是其中主要的溶質(zhì)之一，而可溶性糖含量又會(huì)受到植物的光合作用的影響[26]?？扇苄蕴遣粌H是高等植物的主要光合產(chǎn)物，而且是碳水化合物代謝和暫時(shí)貯藏的主要形式，與植物的生長發(fā)育、呼吸代謝等各方面都息息相關(guān)[15]。植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，測(cè)其含量是了解植物體總代謝的一個(gè)重要指標(biāo)[14]。薇甘菊入侵使三裂葉蟛蜞菊葉片的可溶性糖、可溶性蛋白含量下降，說明薇甘菊入侵可能通過影響三裂葉蟛蜞菊葉片的光合作用或可能通過與三裂葉蟛蜞菊爭(zhēng)奪有限的水資源，以致群落內(nèi)三裂葉蟛蜞菊受到干旱脅迫且超過了三裂葉蟛蜞菊的承受能力，因而對(duì)三裂葉蟛蜞菊葉片的滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)造成影響。

本研究表明，薇甘菊對(duì)三裂葉蟛蜞菊葉片的光合色素合成和分解能力、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)、保護(hù)酶活性均造成了顯著影響，抑制了三裂葉蟛蜞菊葉片的生長發(fā)育。但薇甘菊和三裂葉蟛蜞菊的種間競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、三裂葉蟛蜞菊對(duì)薇甘菊生理特性的影響則需進(jìn)一步的研究。目前，研究利用種間競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制來進(jìn)行植物的生物防除已經(jīng)成為生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)[19]。大量研究證明，薇甘菊或三裂葉蟛蜞菊提取液對(duì)多種植物具有化感作用[7-9]，這為開發(fā)利用薇甘菊或三裂葉蟛蜞菊進(jìn)行生物防除提供了一定的理論基礎(chǔ)。

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