入侵植物侵入机制进展

入侵植物侵入机制进展概述摘要：在全球变化的背景下，不同植物为了适应不同的生存环境，也将拥有自己的一套生理生化机制。在众多的植物中，入侵植物之所以能够很好的适应它们的侵入地，抢占先前该地植物的生存空间，甚至是对本土植物造成伤害，最终破坏当地的生态结构，当然与它们各自独特的入侵机制有关。随着时间的发展，生态系统的环境也发生了变化，入侵植物为了成功入侵它们的入侵机制当然也变化着。关键词：入侵植物 环境 1 生物入侵的概念与危害1.1 生物入侵 生物入侵是指由于人为或自然因素，外来物种被引入新的生境中，并对新生境、本地物种及人类健康带来威胁的现象，具有入侵性的生物叫做入侵生物【1】。1.2 生物入侵的危害 生物入侵的危害主要分4方面：破坏生态系统，威胁生物多样性；本地种灭绝与消失；造成严重经济损失；威胁让人体健康【2】。2 入侵植物的机制外来植物被引入、定居在新栖息地后，通过自身生物潜力的发挥建立种群，潜伏或扩散爆发，与新栖息地的环境和生物建立起复杂的关系，外来物种能否入侵成功，与其生物学特性、新居地的抗干扰能力和人类活动密切相关。2.1入侵植物的生物学特征成功的外来种是能够适应各种环境因子的，即具有较强的环境适应能力。它们能够在这样的环境中获得竞争优势、占据一定得生态位。使得某种入侵植物能够成功成为入侵的原因有很多。在进行干旱胁迫对假臭草幼苗生长和生理生态特征的影响的研究中发现假臭草在干旱胁迫下，体内的叶绿素含量、生物量及分配、光合蒸腾、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)含量均发生了不同程度的变化。表明其体内抗旱机制多种多样，能够适应多种生境，可能是其成势入侵植物的原因之一【3】。入侵植物的繁殖能力与入侵也有关系。南美蟛蜞菊最初是作为观赏性植物引进的，在逃逸为野生后，以其旺盛的生长、繁殖能力和生存竞争使种群不断扩大、蔓延，成为一种外来入侵植物。在此过程中，克隆繁殖起这重要作用【4】。对于某些入侵植物来说，它们不是只是具有单一的繁殖方式，例如加拿大一枝黄花，它就具有种子和地下根状茎两种繁殖方式【5】，多种繁殖方式不仅加快了入侵植物的繁殖速度，也有利于他们度过不同的生长环境，最终达到繁殖的目的。缨丹繁殖能力也很强，具有性及无性繁殖的能力，通过有性繁殖实现长距离传播、通过无性繁殖实现领域扩散，从而成功入侵【6】。光照在某些层面上也可以影响入侵植物，剑叶金鸡菊的生物量分配在不同光照条件下也表现出可塑性变化来适应环境的变化【7】。水分对于植物的生长来说是以个相当重要的因素。在某个地方也许在某一年突遇干旱或洪涝，对于一些植物来说他们可能会因此致死，而对于入侵植物来说，他们在水分的胁迫下当然是拥有自己的调控机制。薇甘菊具有较强的适应能力，虽然在土壤含水量1 020、空气相对湿度在20一30的水分胁迫下，薇甘菊幼苗的生长，净光合速率、量子效率和水分利用效率明显被抑制。但水分迫3天后，胁迫的薇甘菊幼苗开始出现生长分化，30的幼苗出现高生长现象，扩大了薇甘菊的适生范围【8】。对于一些入侵植物而言，它们的种子产量也是相当可观的。调查上海地区的粗糙一枝黄花发现，平均每株有近1500个头状花序，每个头状花序中又能长出14枚种子，因此，一株可以形成2万多粒种子【9】。对于一些入侵植物它们的种子也具有高度可塑性，如郭水良等对金华地区北美车前连续5年的定点调查发现，随着种群密度的不断增加，单株产种子量呈明显的下降趋势，第5代株产量仅为定居时的11763。种群密度的增加，意味着个体间竞争的加剧，个体用于营养生长的能量相应增加，从而使个体在激烈的竞争中占有优势【10】。一些形态学的特征也是植物入侵成功的原因。水浮莲在自然条件下，水浮莲可以生长到lm。叶基生，广肾形或阔卵形，一般宽515cm，长2040cm，斜向上长出，成株时一般具有67片叶，叶片深绿有光泽，叶脉多而密集，纵向分布，叶柄中部膨大成葫芦状，中间由海绵组织填充，内部可贮存空气，使整个植株得以漂浮在水面，形成漂浮植毡层。根为须根系，形状如柔软的羽毛，丛生于植株茎的基部，向下悬垂于水中，在较浅的水域，可以直接插入底泥中吸收营养，一般较新的根为蓝紫色，老根为紫黑色。花为穗状花序，蓝紫色，有小花610朵，漏斗状，花瓣6，雌蕊1，雄蕊6，子房上位，茎中有鞘状苞叶【11】。在生物学方面，对于入侵植物来说，不同的入侵植物在不同方面都具有自己的生物学机制以使自己成功入侵。就目前而言，对于入侵植物的生物学机制研究较多的就是侵植物的生态幅、繁殖能力、传播能力及传粉能力等。正是由于入侵植物在这某一方面或是兼具多方面的特性，就使得了某一入侵植物在某地较好的生长繁殖，适应当地的环境。需要注意的是，入侵物种的入侵性表现在很多方面。2.2 入侵植物与土著植物的相互作用入侵植物定居新环境后，与土著生物间的关系很复杂，其相互作用主要包括：入侵植物和土著植物的种间抑制、土著生物群落对入侵植物的抵抗作用和入侵植物种间的协同作用对于一些入侵植物来说，当几种入侵植物同时侵入某一环境时，他们会相互配合，协同入侵新环境。还有一些入侵植物在入侵的过程中甚至与土著植物发生自燃杂交，改变了基因组成，增强了环境适应性，形成了新的物种，如大米草就是互花大米草与欧洲大米草的杂交后代【12】。像这样入侵物种通过杂交和基因渗入的方式把基因入侵到土著植物的基因库中，造成了土著植物基因型的散失，并将有可能导致土著植物的灭绝，这种杂交很有可能使产生的后代比亲本具有更强的入侵性，从而导致更为严重的生态后果【6】。正是由于这些作用的变化与发展才使得入侵植物在环境不断变化的条件下能够成功入侵。入侵植物压制或排挤本地种以改变食物链或食物网的结构，特别是外来杂革，在入侵地往往导致植物区系变得非常单一，对本地物种多样性造成严重危害。入侵植物的化感作用对于植物的成功入侵是很重要的一方面因素。某一种植物一旦离开原产地来到新的环境，其化感作用会使本地群落的土著植物难以应。从而成为排挤和绞杀土著物种的有力武器。至今已发现的植物化感物质有酚类，萜类， 含氮化合物以及聚乙炔和香豆素等次生物质，其中酚类物质为重要的水溶性化感物质【13】。春一年蓬不同提取方式下的浸提液对油菜、长梗白菜、番茄、黄瓜等4种作物种子的最终萌发率和幼根生长主要起抑制作用【14】。土荆介一种原产于热带美洲的植物，后经人类活动裹挟带入我国，1864年首次发现于我国台湾台北的淡水，目前广泛分布于我国大部分地区，多生长在路边、河岸、荒地和农田中，并向环境中释放化感物质影响周围植物的生长发育日，威胁着入侵地的生物多样性【13】。茎泽兰对一些豆科、十字花科和禾本科草本植物以及入侵地的伴生植物都具有化感抑制效应。说明紫茎泽兰对周围植物的生长具有明显的化感作用潜力。这种化感潜力将严重影响周围植物对地上和地下资源的竞争能力，导致植物吸水、吸肥、争取阳光的能力降低，这也许是紫茎泽兰成功入侵和迅速蔓延的原因之一【15】。紫茎泽兰会引起马属动物哮喘病，烂蹄病，牲畜误食引起腹泻、脱毛、母畜流产、痉挛，甚至窒息而死【16】。在排除了其他生物对于入侵植物本身的影响下，入侵植物得以更好地扎根。外来入侵物种与其他植物一样，能够通过根系分泌、雨水淋溶、微生物分解有机残体等方式释放化感物质进入土壤，增加土壤中的化感物质，但是外来人侵植物化感作用的地理变化比较明显。外来入侵物种释放的化感物质除了能够增加土壤中化感物质的含量还能够影响土壤的PH值，影响土壤中的有机碳及有机质，影响土壤中的化学元素的组成，影响土壤的物理性质。外来入侵植物所释放的化感物质能够影响土壤微生物生理生态，如薇甘菊根提取的化感物质能够改变土壤微生物群落结构【17】。外来入侵植物的化感物质还能影响微生物的酶活性，呼吸等生理过程，通过微生物的生理生态活动改变周围环境的资源竞争，影响周围生物。外来入侵植物不仅能引起入侵地土壤理化性质的改变，也对土壤微生物群落造成影响。这种改变可能反过来影响入侵植物，从而有利于入侵植物在入侵地的生长和竞争【18】。有实验表明了外来入侵植物具有较强的氮素同化能力；外来植物入侵不同程度地促进了土壤氮素的转化，进而加速了被入侵地生态系统中的氮素循环。因此，较强的氮素同化能力与加速土壤氮素的转化可能是植物成功入侵的重要机制之一【19】。同样的，对于一些寄生性入侵植物，他们会促进或抑制寄主的生长。田野菟丝子可以抑制薇甘菊的生长【20】。田野菟丝子可以寄生薇甘菊，能够缠绕在薇甘菊的茎上夺取其所需的养分和水分，使薇甘菊叶片变黄甚至整株枯死【21】。2.3 新栖息地环境变化新栖息地的环境变化柄息地环境条件的变化和人为活动对环境的影响，都能在土著生物群落中形成空的生态位，或降低土著生群落的抵抗力，有利于外来植物的成功入侵。另外，从整个生物圈的角度看，全球变化会使气候带范围发生改变，从而改变物种与资源的分布区域，结果促进入侵。如大气中二氧化碳浓度的增加会延缓草原群落演替的过程，为外来种进入群落提供机会【22】。种群遗传变异对于入侵植物而言是一种可行的入侵机制。曾经就有调查表明了相同的加拿大一枝黄花在不同的生境中，变异性也是各异的【23】。对于一些入侵植物，它们为了更好地适应新的生存环境，也会改变自身的形态，如喜旱莲子草雄蕊雌化现象【24】。处于不同的环境中，原本相同的入侵物种也会由于争夺有利的生存环境而做出形态的变化，如外来入侵植物簕仔树，它们会有不同的叶绿素含量，不同的氨基酸含量，种子形态也发生了差异【25】。更有入侵植物，由于新环境的到来，在根茎叶方面都发生了变化。如生态入侵植物三裂叶豚草营养器官适合生态入侵的结构基础主要是通过加强根系的水分吸收和输导功能、提高茎叶的水分贮藏功能、降低茎叶水势以促进植物对水分的吸收以及加强叶片的同化作用来实现在各种复杂环境条件下迅速生长发育，从而实现有效的生态入侵【26】。趋利避害不仅仅在人类中适用，对于植入来说同样如此。选择合适的生存环境，拥有便利的入侵途径对于生物入侵也很重要。在重庆市万州区就有便利的条件利于植物入侵，这里拥有脆弱、简单和交通便利的环境，热带性植物区系环境【27】。对于环境这样一个因素而言，植物生态适应的方向和途径与环境综合作用中的主导因子密切相关，小尺度上的环境因子在大尺度环境主导下对植物直接产生作用【28】。对于一些寄生性的入侵植入而言，要想在某一地方成功入侵，那么在寄生植物与寄主的相互作用中，寄生植物可与寄主发生区域性适应【29】。通常说入侵植物去适应它要生存的环境，同时在一些方面入侵植物也能够起到一些生态调控作用。如凤尾莲对赤潮的生态调控【30】。入侵植物能够成功成为入侵植物是多方面因素的相互作用。入侵植物基本上都是有害的。人们常常为了控制入侵植物的繁殖而采用不同的方法，但是就入侵植物本身而言，它们为了避开这有有害于自身的因素也同样会做出不同的反应，改变自身的形态，释放出一些化学物质等。要想对入侵植物的入侵机制研究，这样的研究并不是一次研究就足以，需要一直不断地研究。在全球变化的背景下，入侵植物的入侵机制也是不断变化的。参考文献：1孙兰兰.模拟酸雨对3种外来入侵植物生理生态特性的影响.2钟圣.我国入侵植物的研究进展.安徽农学通报. 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