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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 入侵植物反枝莧的氮素生理特性研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 反枝莧原產(chǎn)于美洲；現(xiàn)廣泛傳播并歸化于世界各地。在中國(guó)，反枝莧已散布到四川、重慶、西藏（芒康）等25個(gè)城市。在19世紀(jì)中葉，反枝莧被發(fā)現(xiàn)于河北和山東。為菜園、果園及棉花和玉米等旱作物地中的常見雜草。研究返現(xiàn)，該植物可富集硝酸鹽，家畜過(guò)量食用后會(huì)引起中毒?，F(xiàn)在，反枝莧已成為一種破壞性極大的入侵植物，亟需對(duì)其進(jìn)行深入研究，以便促進(jìn)生物防治方法的有效運(yùn)用。
- 詳細(xì)介紹：
- 人類已經(jīng)散布到了整個(gè)地球，而且有意無(wú)意地?cái)y帶了許多物種。向某些地區(qū)引入外來(lái)的物種（exotic species），已經(jīng)給當(dāng)?shù)厣锒鄻有詭?lái)了毀滅性的沖擊。對(duì)引入外來(lái)物種沖擊最敏感的，是那些從高水平競(jìng)爭(zhēng)和捕食中隔離進(jìn)化過(guò)來(lái)的當(dāng)?shù)匚锓N。 入侵物種（invasive species）（包括入侵的動(dòng)物和植物）有三個(gè)基本特征：（1）通過(guò)有意或無(wú)意的人類活動(dòng)而被引入一個(gè)非本源地區(qū)域；（2）在當(dāng)?shù)氐淖匀换蛉嗽焐鷳B(tài)系統(tǒng)中形成了自我再生能力；（3）給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)或地理結(jié)構(gòu)造成了明顯的損害或影響。目前，許多物種已被列為“外來(lái)入侵物種”，如紫莖澤蘭、飛機(jī)草、互花米草、水葫蘆、家高粱、空心蓮子草、一年蓬、反枝莧等植物，它們已給入侵地的生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)了極大的負(fù)面影響，直接影響到當(dāng)?shù)啬承┲参锏纳媾c發(fā)展，甚至給當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展造成了十分明顯的不利作用（萬(wàn)方浩等，2002）。因此，外來(lái)入侵物種入侵是嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，也是生態(tài)學(xué)研究的焦點(diǎn)問(wèn)題（Higgins et al., 2001）。 直至現(xiàn)在，對(duì)于生物入侵問(wèn)題的研究，可概括為兩大點(diǎn)：一是生境的入侵性（Grant and Benton, 2000）；二是物種的入侵性（Alpert, 1995; Bais et al., 2003）。這兩方面的研究已較多的報(bào)道，但不同的入侵植物所表現(xiàn)出的特性是不同的，其所造成的破壞效應(yīng)程度也迥異。在入侵性方面，人們關(guān)注得多的是植物的表型可塑性。表型可塑性是環(huán)境對(duì)基因型表達(dá)的一種修飾，換而言之，表型可塑性是同一基因型由于環(huán)境條件的改變，在表型上作出相應(yīng)變化的能力，是生物適應(yīng)環(huán)境的一種方式（Fox, 1993）；例如，在植物入侵性方面，紫莖澤蘭對(duì)干擾、放牧、營(yíng)養(yǎng)供給、水、光等的反應(yīng)有較大的可塑性。 植物的形態(tài)和生長(zhǎng)特性可能與入侵性有密切聯(lián)系。與土著種相比，外來(lái)入侵種往往表現(xiàn)出較高的相對(duì)生長(zhǎng)速率、比葉面積、葉面積和可塑性（Williamson and Fitter, 1996）。入侵物種通過(guò)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的分離來(lái)降低繁殖投入。降低繁殖投入有利于緩解營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖生長(zhǎng)之間的矛盾，出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖生長(zhǎng)都較高的情況（Williams and Black, 1994）。其次，營(yíng)養(yǎng)利用與競(jìng)爭(zhēng)可能是某些植物能夠成功入侵的重要特性。在自然種群上，不同的養(yǎng)分利用策略，很大程度上支配著其種群的行為（Maron and Connors, 1996）。在礦質(zhì)養(yǎng)分中，氮是其中最重要的營(yíng)養(yǎng)元素之一。氮素是植物需求量最大的礦質(zhì)元素，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的限制因子。在所有的必需元素中，氮是限制植物生長(zhǎng)和形成產(chǎn)量的首要因素。 入侵種與本地種生長(zhǎng)于同一生境中，它們可能要利用相同的資源，即會(huì)發(fā)生資源競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象。入侵種和本地中生理生態(tài)特性的比較研究，是研究植物入侵性的一種有效的方法（Mack, 1996）。通過(guò)氮素的利用和競(jìng)爭(zhēng)的深入研究，可以揭示外來(lái)種的入侵機(jī)制。本課題將主要從植株生長(zhǎng)量和氮素的利用等方面，研究入侵物種反枝莧（Amaranthus retroflexus L.）的入侵性。 反枝莧是一年生草本，高20~80 cm，有時(shí)達(dá)1.3 m；莖直立，粗壯，淡綠色，有時(shí)具帶紫色條紋，稍具鈍棱，密生短柔毛。葉片菱狀卵形或橢圓狀卵形，常5~12 cm，寬2~5 cm，先端銳尖或尖凹，有小凸尖，基部楔形，有柔毛。圓錐花序頂生及腋生，直立，直徑2~4cm，由多數(shù)穗狀花序形成，頂生花穗較側(cè)生者長(zhǎng)；苞片及小苞片鉆形，長(zhǎng)4~6 mm，白色，先端具芒尖；花被片白色，有1淡綠色細(xì)中脈，先端急尖或尖凹，具小突尖。胞果扁卵形，環(huán)狀橫裂，包裹在宿存花被片內(nèi)。種子近球形，直徑1 mm，棕色或黑色。生于山坡、路旁、曠野、荒地、田邊、溝旁、河岸等處。花期7~8月，果期8~9月。種子繁殖（李振宇，2002）。 反枝莧原產(chǎn)于美洲；現(xiàn)廣泛傳播并歸化于世界各地。在中國(guó)，反枝莧已散布到黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河北、北京、山東、山西、河南、陜西、甘肅、寧夏、青海、新疆、湖北、湖南、安徽、江蘇、浙江、江西、上海、四川、重慶、西藏（芒康）。在19世紀(jì)中葉，反枝莧被發(fā)現(xiàn)于河北和山東。為菜園、果園及棉花和玉米等旱作物地中的常見雜草。研究返現(xiàn)，該植物可富集硝酸鹽，家畜過(guò)量食用后會(huì)引起中毒。 現(xiàn)在，反枝莧已成為一種破壞性極大的入侵植物，亟需對(duì)其進(jìn)行深入研究，以便促進(jìn)生物防治方法的有效運(yùn)用。鑒于現(xiàn)有的研究概況，本課題擬研究反枝莧的氮素利用特性，既可以促進(jìn)對(duì)其入侵特性（機(jī)制）的了解，還可以為有效地控制其種群提供實(shí)踐參考?？梢?，本研究具有重要的理論和實(shí)踐意義。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本研究旨在達(dá)到2個(gè)目標(biāo)：第一，闡明反枝莧利用氮素的特性，在生活史的不同階段，植物利用氮素的表型可塑性；第二，查明反枝莧在含不同硝酸鹽的環(huán)境下的生長(zhǎng)特征。 基本思路第一，反枝莧的物候特征與生活史的描述；第二，施加不同量的氮肥，測(cè)量其生物量、葉面積比、根冠比等參數(shù)；第三，測(cè)定不同氮素環(huán)境下，反枝莧葉的光和色素含量并比較之；第四（RCI）的測(cè)量；第五，測(cè)定不同硝酸鹽條件下的硝酸還原酶活性。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本作品的創(chuàng)新點(diǎn)就是在反枝莧的生活史的不同階段，研究其利用氮素的特性，這些特性通過(guò)其生長(zhǎng)參數(shù)和數(shù)個(gè)生理指標(biāo)來(lái)測(cè)度。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 反枝莧已成為一種破壞性極大的入侵植物，對(duì)其進(jìn)行深入研究，以便促進(jìn)生物防治方法的有效運(yùn)用。鑒于現(xiàn)有的研究概況，本課題從研究反枝莧的氮素利用特性，既可以促進(jìn)對(duì)其入侵特性（機(jī)制）的了解，還可以為有效地控制其種群提供實(shí)踐參考?？梢姡咀髌肪哂兄匾睦碚摵蛯?shí)踐意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 反枝莧（Amaranthus retroflexus）是一種分布很廣的入侵物種，對(duì)本地生物多樣性具有極大的危害性。以家莧（Amaranthus mangostanus）為對(duì)照，通過(guò)施以不同量的尿素和硝酸鉀，分別檢測(cè)了有關(guān)指標(biāo)，結(jié)果表明：在同水平的營(yíng)養(yǎng)水平，反枝莧比家莧具有更高含量的光合色素含量和更大的葉面積；在較低的硝酸鉀處理（相當(dāng)于施加鉀肥與氮肥）時(shí)，根冠比增大，隨著處理濃度的增加，其根冠比降低，這說(shuō)明在低水平的硝酸鉀處理水平時(shí)，生物量較多的分配到了吸收器官根，當(dāng)硝酸鉀處理水平較高時(shí)，其生物量較多的投入到了同化器官（葉和莖）。此外，當(dāng)遭受氯化鈉脅迫時(shí)，反枝莧的脯氨酸含量先增加，后稍微降低，這說(shuō)明反枝莧具有較強(qiáng)的耐鹽性?？梢酝浦?，特定的養(yǎng)分的響應(yīng)機(jī)制和耐鹽特性，是反枝莧入侵?jǐn)U展的重要原因。因此，在防治其入侵時(shí)，控制其養(yǎng)分利用途徑和增加鹽脅迫強(qiáng)度將是有效的選擇。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- 王滿蓮，2005. 紫莖澤蘭對(duì)養(yǎng)分的響應(yīng)及與入侵性的關(guān)系. 碩士論文, 中國(guó)科學(xué)院研究生院（保存 Marnon JL, Connors PG, 1996. A native nitrogen-fixing shrub facilitates weed invasion. Oecologia, 105, 302-312 Milberg P, Lamont BB, Pérez-Fernández MA, 1999. Survival and growth of native and exotic composites in response to a nutrient gradient. Plant Ecology, 145, 125-132
同類課題研究水平概述
- 直至現(xiàn)在，對(duì)于生物入侵問(wèn)題的研究，可概括為兩大點(diǎn)：一是生境的入侵性（Grant and Benton, 2000）；二是物種的入侵性（Alpert, 1995; Bais et al., 2003）。這兩方面的研究已較多的報(bào)道，但不同的入侵植物所表現(xiàn)出的特性是不同的，其所造成的破壞效應(yīng)程度也迥異。在入侵性方面，人們關(guān)注得多的是植物的表型可塑性。表型可塑性是環(huán)境對(duì)基因型表達(dá)的一種修飾，換而言之，表型可塑性是同一基因型由于環(huán)境條件的改變，在表型上作出相應(yīng)變化的能力，是生物適應(yīng)環(huán)境的一種方式（Fox, 1993）；例如，在植物入侵性方面，紫莖澤蘭對(duì)干擾、放牧、營(yíng)養(yǎng)供給、水、光等的反應(yīng)有較大的可塑性。 植物的形態(tài)和生長(zhǎng)特性可能與入侵性有密切聯(lián)系。與土著種相比，外來(lái)入侵種往往表現(xiàn)出較高的相對(duì)生長(zhǎng)速率、比葉面積、葉面積和可塑性（Williamson and Fitter, 1996）。入侵物種通過(guò)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的分離來(lái)降低繁殖投入。降低繁殖投入有利于緩解營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖生長(zhǎng)之間的矛盾，出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和繁殖生長(zhǎng)都較高的情況（Williams and Black, 1994）。其次，營(yíng)養(yǎng)利用與競(jìng)爭(zhēng)可能是某些植物能夠成功入侵的重要特性。在自然種群上，不同的養(yǎng)分利用策略，很大程度上支配著其種群的行為（Maron and Connors, 1996）。在礦質(zhì)養(yǎng)分中，氮素是植物需求量最大的礦質(zhì)元素，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)發(fā)育的限制因子。在所有的必需元素中，氮是限制植物生長(zhǎng)和形成產(chǎn)量的首要因素。 入侵種與本地種生長(zhǎng)于同一生境中，它們可能要利用相同的資源。入侵種和本地中生理生態(tài)特性的比較研究，是研究植物入侵性的一種有效的方法（Mack, 1996）。通過(guò)氮素的利用和競(jìng)爭(zhēng)的深入研究，可以揭示外來(lái)種的入侵機(jī)制。本課題將主要從植株生長(zhǎng)量和氮素的利用等方面，研究入侵物種反枝莧（Amaranthus retroflexus L.）的入侵性。 入侵植物在不同營(yíng)養(yǎng)水平下的生物量分配模式是類似的（Miberg et al., 1999）。同樣，Burns（2004）發(fā)現(xiàn)，在比較外來(lái)種和本地種時(shí)，低養(yǎng)分時(shí)外來(lái)種的根的生長(zhǎng)快于本地種，當(dāng)增加肥料的供給時(shí)，同化器官的生物量增加明顯快于吸收器管。
