厚萼凌霄的潛在入侵特性及其危害防治

邵世光，丁秀麗，陳 盼，尤 暢，李染秋

（連云港師范高等?？茖W(xué)校海洋港口學(xué)院，江蘇連云港 222006）

外來(lái)植物是指因人類交往而跨過(guò)不可自然逾越的空間障礙，在新棲息地生長(zhǎng)繁殖并建立穩(wěn)定種群的植物物種[1]。歷史上，有超過(guò)120 種的外來(lái)植物成為我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)作物，它們?cè)谪S富人們的衣食供給的同時(shí)，也對(duì)我國(guó)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響[2]。但是，有些外來(lái)植物經(jīng)人們有意或無(wú)意輸入后，呈逃逸式、爆發(fā)式的生長(zhǎng)與繁衍態(tài)勢(shì)，最終形成種群，成為破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)、嚴(yán)重影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)乃至人們身體健康的入侵植物。近年來(lái)，人們對(duì)入侵植物的危害、入侵機(jī)制、防控措施等方面進(jìn)行了較多研究，但對(duì)于一些具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的外來(lái)植物可能帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足，重視不夠[3]。這些植物一旦發(fā)展為入侵植物，就會(huì)給自然和人類帶來(lái)新的危害，人類將會(huì)為消除其危害而付出高昂的代價(jià)。因此，有必要對(duì)大范圍逃逸生長(zhǎng)的外來(lái)植物進(jìn)行深入研究，并實(shí)行有效監(jiān)測(cè)，預(yù)防其入侵危害的發(fā)生[4]。

厚萼凌霄（Campsis radicans）又名美國(guó)凌霄、美洲凌霄、美凌霄，為紫葳科凌霄屬植物。厚萼凌霄原產(chǎn)于美國(guó)東南部，在20 世紀(jì)30 年代之前作為觀賞花卉引入我國(guó)南方，后陸續(xù)在全國(guó)各地栽培[5]62。1985 年版《中華人民共和國(guó)藥典》將厚萼凌霄的干燥花作為中藥凌霄花基原植物收入，明確了其中藥地位。但是，在被當(dāng)作綠化、觀賞和藥用植物廣為栽培的過(guò)程中，一些厚萼凌霄逃逸在田間道旁，成為難以根除的雜草（俗稱“死不了”），給人們的生產(chǎn)、生活造成了一定影響。本實(shí)驗(yàn)利用石蠟切片和葉綠素?zé)晒饧夹g(shù)等方法，對(duì)厚萼凌霄的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及光合生理進(jìn)行研究，揭示其逃逸、蔓延機(jī)制，為合理利用厚萼凌霄并防范其潛在危害提供依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)材料與方法

（一）實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用的厚萼凌霄取材于連云港市南城鎮(zhèn)，以及連云港師范高等?？茖W(xué)校、南京醫(yī)科大學(xué)康達(dá)學(xué)院、江蘇海洋大學(xué)等高校校園。

（二）所用儀器

徠卡RM2245 輪轉(zhuǎn)切片機(jī)（Leica Biosystems NussIoch GmbH），BM2000 顯微成像系統(tǒng)（南京江南永新光學(xué)有限公司），Yaxin-1161 型便攜式熒光測(cè)定儀（北京雅欣理儀科技有限公司），722 型分光光度計(jì)（上海科學(xué)精密儀器有限公司）。

（三）實(shí)驗(yàn)方法

1.石蠟切片

FAA 固定液固定實(shí)驗(yàn)材料，常規(guī)石蠟切片（厚度10 μm），番紅－固綠對(duì)染，加拿大樹(shù)膠封片，顯微成像系統(tǒng)拍攝。

2.臨時(shí)水裝片

選取新鮮成熟葉片的中部主脈附近部分，剪成約1.5 cm2的小塊材料置于載玻片上，用刀片刮去葉肉細(xì)胞至透明，制成臨時(shí)裝片。觀察厚萼凌霄葉的上下表皮細(xì)胞形態(tài)，并計(jì)算單位面積的表皮細(xì)胞數(shù)和氣孔數(shù)（氣孔密度）。

3.光合生理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)地區(qū)自然概況：連云港處于暖溫帶南部，年平均氣溫14 ℃，最冷的1 月份平均溫度-0.4 ℃，最熱的7 月份平均溫度26.5 ℃。連云港年平均降水量920 mm，常年無(wú)霜期為220 d。

實(shí)驗(yàn)材料選擇：實(shí)驗(yàn)選擇的植株向陽(yáng)、無(wú)遮擋物，可接受全天陽(yáng)光照射。在植株頂端以下第3－7 對(duì)復(fù)葉中，選擇生長(zhǎng)于中部的健康小葉片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

葉綠素含量測(cè)定：按照李珂、陳浩等人[6]的做法，將材料在避光、室溫條件下提取8 h，待材料完全變白后，測(cè)定吸光值A(chǔ)649、A665，并計(jì)算葉綠素a（Ca）、葉綠素b（Cb）和總?cè)~綠素（Cr）的含量。測(cè)量時(shí)間為2019 年6 月18 日。

葉綠素?zé)晒鈪?shù)日變化測(cè)定：在6：30、8：30、10：30、12：30、14：30、16：30 共6 個(gè)時(shí)間點(diǎn)，對(duì)3 棵植株的各1張葉片進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果取平均值。測(cè)量時(shí)先遮光半小時(shí)，然后用熒光測(cè)定儀測(cè)定各葉片的葉綠素?zé)晒鈪?shù)，記錄并計(jì)算Fv/Fo、Fv'/Fm'、qP 和qN 值[7]。測(cè)量時(shí)間為2019 年4 月17 日（晴）。

（四）數(shù)據(jù)處理及分析

對(duì)測(cè)定的葉綠素?zé)晒飧鲄?shù)，運(yùn)用Spss 16.0 和Excel 2010 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并制圖。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）形態(tài)特征

厚萼凌霄為多年生落葉木質(zhì)藤本，主根深長(zhǎng)而粗壯。莖以假二叉分枝的方式形成大量分枝，枝條借助豐富的攀援根攀附他物行垂直生長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)10 m。葉為大型奇數(shù)一回羽狀復(fù)葉，葉軸長(zhǎng)27—36 cm，小葉9—11 枚，小葉長(zhǎng)3—9 cm，最寬處2—4 cm。圓錐花序頂生，花期為7—10 月份，果期為11 月份。厚萼凌霄的結(jié)果率低，蒴果長(zhǎng)8—13 cm，最寬處1.6—2.2 cm，落葉后宿存枝頂，果實(shí)成熟后縱向室背開(kāi)裂。種子多數(shù)、扁平、具蝶型膜質(zhì)翅，長(zhǎng)1.6—2.2 cm，寬0.6—0.9 cm，千粒重3.704 g（見(jiàn)圖1）。

圖1 果實(shí)與種子

（二）葉的結(jié)構(gòu)及不定芽的發(fā)生

1.葉的結(jié)構(gòu)

厚萼凌霄葉上、下表皮細(xì)胞形態(tài)均不規(guī)則，外切向壁角質(zhì)層薄。上表皮細(xì)胞垂周壁為淺波型（見(jiàn)圖2），細(xì)胞平均長(zhǎng)20 μm、寬18 μm，細(xì)胞數(shù)為每平方毫米3.4×103個(gè)；下表皮細(xì)胞垂周壁深波形（圖3），細(xì)胞平均長(zhǎng)18 μm、寬14 μm，細(xì)胞數(shù)為每平方毫米4.5×103個(gè)。厚萼凌霄氣孔集中于下表皮，類型為無(wú)規(guī)則型，平均孔數(shù)密度為每平方毫米5.4×102個(gè)。

圖2 葉上表皮細(xì)胞（400×）

圖3 葉下表皮細(xì)胞（400×）

厚萼凌霄上下表皮均具有表皮毛和盾狀腺毛，葉肉細(xì)胞由柵欄組織和海綿組織組成（見(jiàn)圖4）。柵欄組織細(xì)胞一層，長(zhǎng)柱狀，平均長(zhǎng)23.5 μm、寬7.5 μm，排列較整齊，細(xì)胞間隙小，富含葉綠體。海綿組織一般由4—5 層葉肉細(xì)胞組成，細(xì)胞形狀不規(guī)則，但排列比較緊密，葉綠體含量較柵欄組織少。

圖4 葉橫切（400×）

2.不定芽的發(fā)生

厚萼凌霄在根莖連接處孽生不定芽時(shí)，初生木質(zhì)部部分細(xì)胞及髓外層的薄壁組織細(xì)胞反分化，形成環(huán)狀形成層（見(jiàn)圖5）。該層環(huán)在某些部位行切向及徑向分裂，向外側(cè)突起形成新的頂端分生組織（見(jiàn)圖6）。頂端分生組織細(xì)胞繼續(xù)分裂，穿過(guò)次生維管組織和周皮，形成不定芽。不定芽往往成對(duì)發(fā)生。

圖5 形成層發(fā)生（400×）（↓）

圖6 頂端分生組織形成（200×）

（三）光合生理

1.葉綠素含量

葉綠素a、b 是高等植物葉綠體中最重要的光合色素，在光能吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化過(guò)程中起重要作用[8]90。厚萼凌霄的葉綠素a、b 含量及比值見(jiàn)表1。

表1 厚萼凌霄葉片的葉綠素含量

由表1 可見(jiàn)，厚萼凌霄葉綠素a 的含量較高，達(dá)3.49 mg/L，而葉綠素b 則含量較低，僅為1.003 mg/L，兩者之比為3.48。

2.熒光參數(shù)日變化

測(cè)量日不同時(shí)間的溫度、光照強(qiáng)度，見(jiàn)表2。

表2 測(cè)量日的溫度與光照強(qiáng)度

植物葉片光合機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)，可以通過(guò)葉綠素?zé)晒鈪?shù)的變化情況反映出來(lái)。其中，光化學(xué)效率參數(shù)Fv/Fo、Fv'/Fm'，以及熒光淬滅參數(shù)qP、qN，均為反映植物抗逆性的重要指標(biāo)[9]36。經(jīng)測(cè)定后統(tǒng)計(jì)，厚萼凌霄葉綠素?zé)晒鈪?shù)Fv/Fo、Fv'/Fm'、qP、qN 的日變化情況見(jiàn)圖7。

圖7 厚萼凌霄葉片F(xiàn)v/Fo、Fv'/Fm'、qP、qN 日變化

厚萼凌霄一天中Fv/Fo 值（PSII 的潛在活性）從6：30 到12：30 緩慢下降，在12：30 時(shí)達(dá)到最低點(diǎn)且與6：30 時(shí)的值差異顯著，后逐漸升高（16：30 時(shí)的值與12：30 時(shí)的值差異顯著,而與6：30 時(shí)的值差異不大）；Fv'/Fm'（有效光化學(xué)量子產(chǎn)量）的走勢(shì)與Fv/Fo相似，在6：30 時(shí)值最大，12：30 時(shí)的值最?。?：30時(shí)的值的48%，兩者之間差異顯著）；qP（光化學(xué)淬滅參數(shù)，能反映光合反應(yīng)中心將捕獲的電子能量用于光化學(xué)反應(yīng)的能力）先迅速上升，到12：30 時(shí)達(dá)到最大值且與6：30 時(shí)的值差異顯著，之后趨于平緩；qN（非光化學(xué)淬滅參數(shù)，是反映天線色素捕獲的光能沒(méi)有用于光合電子傳遞，而以熱的形式耗散掉，以保護(hù)光合機(jī)構(gòu)不至于被高輻射或高溫破壞部分的指標(biāo)[10]）先緩慢上升，到10：30 時(shí)達(dá)到最高值，與6：30 時(shí)的值差異顯著，之后趨于平穩(wěn)。

三、討論與結(jié)論

（一）較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)繁殖能力

實(shí)驗(yàn)表明，厚萼凌霄在根與莖連接處的不定芽孽生為內(nèi)起源，即由部分初生木質(zhì)部細(xì)胞及髓部外側(cè)細(xì)胞反分化形成環(huán)狀的形成層，并進(jìn)而向外側(cè)分裂形成成對(duì)的芽體，而一般植物的不定芽多為外起源，部分根生不定芽為內(nèi)起源（發(fā)生于中柱鞘或韌皮部的射線薄壁組織）[11]129。這樣，厚萼凌霄即使在較為不利的情況下，仍可以保證一定量的不定芽的萌生。厚萼凌霄根莖部殘?bào)w隨土壤移動(dòng)進(jìn)入新環(huán)境后，可以迅速萌芽、生根，形成新植株。鑒于厚萼凌霄的萌蘗力、萌芽力強(qiáng)，人們很容易對(duì)其進(jìn)行分根、扦插、壓條繁殖，培育新品種[12]866。

此外，厚萼凌霄盡管花大、花期長(zhǎng)，但其柱頭對(duì)外界刺激的反應(yīng)較慢且自交不親和，造成坐果率低[13]。所以有性生殖不構(gòu)成厚萼凌霄繁殖的主要形式。

（二）高效的散布機(jī)制

厚萼凌霄觀賞性強(qiáng)，具有一定的藥用價(jià)值，適宜垂直綠化，又易繁殖、易成活、生長(zhǎng)快、管理成本低，所以在國(guó)內(nèi)被廣泛栽培，形成了人為長(zhǎng)距離傳播。人為傳播到一個(gè)新區(qū)域后，厚萼凌霄主要靠營(yíng)養(yǎng)繁殖，以近距離擴(kuò)散的方式形成種群。

盡管厚萼凌霄坐果率低，但是其蒴果位于枝的梢部，每果含有的種子數(shù)量大，種子干薄，可以有效借助寬大的膜質(zhì)翅隨風(fēng)傳播。厚萼凌霄種子還具有一定的萌發(fā)能力和活性，幼苗生長(zhǎng)也較快[14]，因此有性繁殖也有利于厚萼凌霄的擴(kuò)散、生長(zhǎng)。

（三）有效的競(jìng)爭(zhēng)策略

一是有效利用垂直空間。厚萼凌霄以其強(qiáng)大的攀援根而在垂直空間快速伸長(zhǎng)、生長(zhǎng)，形成豐富的分枝和大型的羽狀復(fù)葉，使得整棵植株枝繁葉茂，能夠充分利用陽(yáng)光和空間，并有效擠壓周圍植物，為儲(chǔ)藏器官（主要是地下根）和繁殖器官高效制造并輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

二是較強(qiáng)的耐性。厚萼凌霄表皮細(xì)胞較小，形態(tài)不規(guī)則，細(xì)胞與細(xì)胞相互嵌合，可以減少水分的蒸騰散失；表皮毛和腺體可以對(duì)植物起保護(hù)作用；下表皮上的氣孔數(shù)量高于多數(shù)植物的氣孔數(shù)量（每平方毫米1×102－3×102個(gè)）[15]144，氣孔密度較大；海綿組織排列較為緊密：這說(shuō)明厚萼凌霄具有一定的耐旱性，與王玉濤等人[16]的觀點(diǎn)一致。從植物葉片葉綠素含量來(lái)看，一般陽(yáng)地植物葉綠素b 的含量較低，Ca/Cb 的值在3 左右[8]90，而厚萼凌霄Ca/Cb 的值達(dá)到3.48。以上特征符合陽(yáng)地植物的屬性。厚萼凌霄葉片相對(duì)較薄，表皮細(xì)胞的角質(zhì)層較薄，柵欄組織只有1 層，又具有一定的陰地植物的特點(diǎn)。另有研究表明，厚萼凌霄具有較寬的光照生態(tài)幅，具有一定的耐水濕能力[9]44，其光補(bǔ)償點(diǎn)也介于陰地植物與陽(yáng)地植物之間[17]98。綜合以上特點(diǎn)，厚萼凌霄應(yīng)為耐陰植物，既能在全日照下生長(zhǎng)得很好，也能夠忍耐適度的蔭蔽[18]167。另外，厚萼凌霄還具有一定的耐鹽堿、耐貧瘠和耐寒能力[14]。

三是較高的光合能力。夏江寶在對(duì)14 種藤本植物水脅迫下光合作用的響應(yīng)機(jī)制進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，在水分充足的條件下，厚萼凌霄具有高效的光能利用率、光合速率、蒸騰速率和水分利用效率，其光合速率的日變化呈現(xiàn)“雙峰型”（氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率的走勢(shì)也大致相同）[9]91-97，但并不表現(xiàn)出一般植物的“午休現(xiàn)象”，而是在早晨7：00 和11：00 兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)峰值，在9：00 出現(xiàn)谷值。說(shuō)明厚萼凌霄在相對(duì)較低（早晨）和較高（中午）的光照和氣溫下均能夠較好地進(jìn)行光合作用。本實(shí)驗(yàn)顯示，厚萼凌霄Fv/Fo、Fv'/Fm'受光強(qiáng)和溫度的雙重影響，而光強(qiáng)的影響較大。當(dāng)光強(qiáng)和氣溫逐漸升高時(shí)，兩者的值逐漸下降，說(shuō)明PSⅡ反應(yīng)機(jī)構(gòu)受到一定抑制，致使中心光能捕獲和光化學(xué)轉(zhuǎn)換效率下降；而當(dāng)光強(qiáng)減弱時(shí)兩者的值開(kāi)始回升，說(shuō)明抑制解除，PSⅡ反應(yīng)機(jī)構(gòu)功能逐漸得以恢復(fù)。但隨著光強(qiáng)、氣溫的升高，qP 也逐漸升高，PSⅡ電子下行通道（光合電子傳遞）更加開(kāi)放，并能夠啟動(dòng)熱耗散機(jī)制（qN 增加），以維護(hù)光合機(jī)構(gòu)不被破壞。這可能是厚萼凌霄光合速率日變化（特別是在中午也會(huì)表現(xiàn)出較高的光合速率）的原因之一。

四、危害防治建議

一般認(rèn)為，預(yù)測(cè)外來(lái)植物的入侵最重要的指標(biāo)，是植物生活史中某些特定性狀的組合，以及生物與環(huán)境的交互作用[19]。厚萼凌霄被人為引入并成功逃逸后，因其較強(qiáng)的營(yíng)養(yǎng)繁殖能力、高效的散布機(jī)制和有效的競(jìng)爭(zhēng)策略，顯現(xiàn)了外來(lái)植物成功入侵的一些生物學(xué)要件[20]，具有潛在的入侵風(fēng)險(xiǎn)。人們可以通過(guò)以下三種途徑防范厚萼凌霄入侵風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生。一是合理引種，防止蔓延。根據(jù)不同用途規(guī)劃栽培的區(qū)域和數(shù)量，使厚萼凌霄的分布狀態(tài)始終處于人們的掌控之中。厚萼凌霄干花作為小三類藥種用量不是很大（年約100 t），市場(chǎng)需求的調(diào)節(jié)就能對(duì)厚萼凌霄的栽培給予有效調(diào)控，因此防控的重點(diǎn)在綠化方面。筆者建議豐富垂直綠化植物的種類，配合使用如雜交藤本月季、紫藤、爬山虎和南蛇藤等藤本植物，避免厚萼凌霄單一種類的成片分布。二是控制有根土壤的利用。在植物移栽時(shí)要注意剔除土壤中厚萼凌霄的地下根，在使用相關(guān)土壤時(shí)可以采用人工剔除、曝曬等方法清除殘留的地下根。三是及時(shí)拔除幼苗、摘除幼果。一旦發(fā)現(xiàn)逸生的厚萼凌霄幼苗，就要及時(shí)帶根拔出，防止進(jìn)一步蔓延生長(zhǎng)；厚萼凌霄開(kāi)花坐果后，要及時(shí)摘除幼果，避免果實(shí)成熟后四散傳播。