全 文 ：外来植物黄顶菊生理指标的季节动态及适应意义
周文杰 1 , 芦站根1 , 刘国民 2
(1.衡水学院生命科学系 ,河北衡水 053000;2.渤海石油职业学院 ,河北任丘 062550)
摘要:测定了外来植物黄顶菊营养生长期间游离脯氨酸 、丙二醛 、可溶性糖含量和过氧化物酶活性 、质膜透
性等生理指标的变化 ,并与同科外来杂草一年蓬作了比较。结果表明:在低温多雨的早春时期 , 各指标都显示黄
顶菊处于较为不利的环境;游离脯氨酸 、丙二醛含量和过氧化物酶活性等指标季节动态说明 , 黄顶菊受到低温的
胁迫比一年蓬大 ,黄顶菊对较高温度的耐受力比对低温的耐受力强;质膜透性的季节动态表明 ,黄顶菊和一年蓬
适合高温干燥的气候条件 ,黄顶菊是喜阳耐旱植物 ,高温干燥的气候环境极为适合黄顶菊的生长。
关键词:外来植物;黄顶菊;生理指标;季节动态;适应性;一年蓬
中图分类号:Q945 文献标志码:A 文章编号:1002-1302(2008)05-0105-03
收稿日期:2008-04-15
基金项目:河北省科技攻关项目(编号:06220159)。
作者简介:周文杰(1969—),男 , 河北武邑人 , 硕士 ,副教授 ,主要从
事生化与分子生物学的教学与研究工作。 E-mail:luzhangen@
126.com。
由于外来杂草本身具有的生物学特性和地域生
态因素的影响 ,再加上环境阻力的缺乏或较弱 [ 1 -2] ,
其发展速度是本土杂草无法相比的 ,因此外来生物
入侵已成为全世界共同关注的问题。随着国际贸易
和旅游业的快速发展 ,外来生物入侵在我国正不断
加剧 ,如凤眼莲 、加拿大一枝黄花 、紫茎泽兰等入侵
植物均已在我国造成了很大的危害。
菊科外来植物黄顶菊 [ Flaveriabidentis(L.)
Kuntze] [ 3]原产热带地区的南美洲 ,于 2001年在我
国河北省衡水湖及天津南开大学首次发现 ,现广泛
分布于河北的沧州 、廊坊 、石家庄等地 ,并且有向周
边地区逐步蔓延的趋势 [ 4 -5] 。该植物多见于路边 、
田埂 、住宅四周 、疏林和缓坡等生境 [ 6] 。原产北美
洲的菊科植物一年蓬属于区域性恶性杂草 ,已经广
泛分布在全国各地 ,习见于废耕荒地 、住宅四周和路
边 ,其生境与黄顶菊相似。以一年蓬为对照 ,了解黄
顶菊在我国温带地区自然气候条件下对环境的生理
适应性 ,可以估测该外来种的入侵性 ,为综合治理该
外来杂草以及建立外来植物杂草化风险评价体系积
累基础资料 。
1 研究方法
在 2006年 5 ～ 8月黄顶菊营养生长期间 ,每隔
约 15d测定 1次两种植物成熟叶片的各项生理指
标 ,取样地点的光照 、土壤等环境条件比较一致 ,均
取自衡水湖观光码头公路两旁 。取样时间一般为
8∶00 ～ 9∶00,每次测定生理指标采用同组植株相
似部位的叶片 ,同时做 3组植株的样品 ,并且每组样
品重复 3次。 5 ～ 8月生理指标测定期间测定黄顶
菊的营养生长情况(图 1)。
游离脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸提取 -茚
三酮比色法[ 7] ;过氧化物酶(POD)活性测定采用愈
创木酚法 [ 8] ;丙二醛(MDA)和可溶性糖含量的测定
采用硫代巴比妥酸法 [ 9] ;质膜透性采用电导仪
测定 [ 10] 。
2 结果与分析
黄顶菊各项生理指标的季节动态见图 2 ～ 4;与
菊科外来杂草一年蓬相比 ,各项生理指标的变化见
表 1;黄顶菊生物量与各生理指标之间的相关性分
析见表 2。
除 6月 7日测定的游离脯氨酸含量为 49.02
μg/g以外 ,自然条件下黄顶菊营养生长期间体内的
游离脯氨酸含量变化不大 , 为 16.47 ～ 22.56 μg/g
—105—江苏农业科学 2008年第 5期DOI :10.15889/j.issn.1002-1302.2008.05.030
(图 2、表 1)。 6月 7日当天的高温天气导致植物细
胞的渗透压改变 ,而植物特别是外来杂草一般具有
很强的应急系统 ,游离脯氨酸作为最有效的渗透条
件物质之一 ,含量变动幅度很大。
丙二醛是植物在环境胁迫下膜脂过氧化而产生
的一种具有细胞毒性的物质 ,反映植物体内自由基
的活动状况 ,因此在植物逆境生理研究中 ,丙二醛被
普遍作为一种伤害指标 。由图 2可知 ,不同时期黄
顶菊的丙二醛含量呈现出先降后升的变化趋势 ,表
明低温天气及高温天气对黄顶菊均有一定的胁迫作
用。随着气温的逐渐升高 ,丙二醛含量升高缓慢 ,表
明黄顶菊对较高温度的耐受力比对低温的耐受
力强 。
表 1 黄顶菊与一年蓬各项生理指标的比较
测定日期
(月 /日)
游离脯氨酸(μg/g)
黄顶菊 一年蓬
丙二醛(μmol/g)
黄顶菊 一年蓬
POD活性(■A470)
黄顶菊 一年蓬
可溶性糖(%)
黄顶菊 一年蓬
质膜透性(%)
黄顶菊 一年蓬
5/8 19.87±1.64 6.14±0.87 7.25±0.99 6.01±0.35 2.98±0.44 0.98±0.32 1.85±0.25 1.90±0.43 50.01±2.23 21.94±4.98
5/23 20.14±2.01 9.32±0.65 6.76±0.54 6.98±0.78 2.43±0.15 2.40±0.13 1.70±0.18 1.51±0.55 41.07±2.08 11.35±1.32
6/7 49.02±2.14 44.67±2.34 10.48±0.99 11.32±1.02 3.09±0.31 1.64 ±0.34 2.05±0.53 2.27±0.15 17.82±1.96 8.11±0.84
6/22 19.23±1.19 16.32±1.05 11.05±1.17 10.87±1.45 3.35±0.54 1.32±0.22 2.11±0.99 1.67±0.85 45.39±6.08 10.01±1.07
7/7 16.47±1.37 15.48±1.28 12.43±1.13 11.03±1.33 3.53±0.77 0.99±0.08 2.19±1.00 1.59±0.74 37.25±1.99 14.56±1.08
7/22 22.56±2.13 20.12±1.99 11.79±1.32 11.76±1.19 3.48±0.88 0.89±0.05 2.25±0.56 1.50±0.38 35.46±5.37 19.01±1.26
表 2 黄顶菊生物量和 5项生理指标的相关系数
指标 株高 叶重 游离脯氨酸含量 丙二醛含量 过氧化物酶活性 可溶性糖 质膜透性
游离脯氨酸含量 -0.217 3 -0.245 0 1.000 0
丙二醛含量 0.864 8＊ 0.925 2＊＊ 0.011 6 1.000 0
过氧化物酶活性 0.878 1＊ 0.825 6＊ -0.001 0 0.887 6＊ 1.000 0
可溶性糖含量 0.897 9＊ 0.818 9＊ 0.072 4 0.853 9＊ 0.984 2＊＊ 1.000 0
质膜透性 -0.113 3 -0.074 7 -0.886 6＊ -0.311 5 -0.287 8 -0.348 7 1.000 0
注:＊表示相关显著 , ＊＊表示相关极显著。
过氧化物酶是活性氧清除系统的重要保护酶之
一 。从图 3可见 ,在低温逆境条件下 ,黄顶菊体内
POD活性较高 ,在 5月初到 5月底气温适宜的情况
下逆境有所解除 ,活性下降 。 6月 7日起气温突然
升高 ,自我保护机制使其过氧化物酶活性又有所增
高;但至 7月 22日高温时又降低 ,说明植物体内一
定范围内的自由基浓度可以使过氧化物酶活性增
强 ,但过于严重的逆境所产生的过量自由基可以直
接攻击生物大分子 ,致使酶活性丧失 ,表现为环境过
于恶劣时反而使过氧化物酶活性迅速降低。
可溶性糖是温度胁迫下细胞内的保护物质 ,其
含量与多数植物的抗冷性呈正相关。早春 ,黄顶菊
体内可溶性糖含量较高 ,帮助植物抵御不良的环境。
6月初随着光照强度升高 ,温度上升 ,可溶性糖含量
也升高 ,可能是因为叶片光合产物增多 ,多糖分解相
应地导致可溶性糖含量上升 。
—106— 江苏农业科学 2008年第 5期
植物受到环境胁迫时细胞的质膜透性会发生不
同程度的增大 ,抗逆性较强的植物细胞或受害较轻
时 ,质膜透性增大的程度较小 ,反之则较大 。图 4显
示 ,黄顶菊在 5月 23日和 6月 7日气温突然升高的
测定日 ,电导率降低 ,随着气温升高 ,质膜透性先增
后降低 ,表明黄顶菊对较高温度的耐受力较强 ,可见
高温干燥的气候环境极为适合黄顶菊的生长。
3 结论与讨论
入侵杂草在生物学特征上往往具有一些共有的
性状 ,可以作为外来种杂草化风险评估的参考 [ 11] 。
由图 1分析可知 ,黄顶菊在 5 ～ 7月期间 ,营养生长
的情况明显与环境气温和降雨量有关 。随着 5月初
气温的升高和降雨量的逐渐增加 ,黄顶菊大量萌发
出苗 ,以后随气温升高 、降雨量减少 ,黄顶菊的平均
株高和叶片重量却显著增长。因此 ,从宏观的生长
情况看 ,黄顶菊在高温干燥等不良环境中生长良好 ,
对不良环境的适应性较强 。
从黄顶菊生物量增加与生理指标季节动态的相
关性来看 ,丙二醛含量 、可溶性糖含量 、POD活性与
生物量增长有显著相关性(表 2)。从 5个生理指标
的相互联系来看 ,在低温多雨的早春时期 ,各指标都
显示植物处于较为不利的环境 。在主要的营养生长
期内 ,不同的指标表现出各自的特点 (图 2、 3、4)。
丙二醛 、游离脯氨酸的含量和过氧化物酶活性等指
标反映了在 6月 7日突然高温的情况下黄顶菊的抗
逆能力 ,但表征质膜透性的电导率却降到最低 ,这说
明黄顶菊是喜阳耐旱植物 。游离脯氨酸含量与质膜
透性的相关系数为 -0.886 6＊(表 2),这两个生理
指标是植物在逆境时期的重要保护机制。虽然可溶
性糖含量与丙二醛含量的相关性较高 ,但两者所指
示的生理意义并无太大的关系 ,这与加拿大一枝黄
花的结果类似 [ 11] 。
一年蓬是在我国危害较大 、分布较广的菊科外
来杂草之一 ,早春 4月种子萌发 ,早于黄顶菊的 5月
种子萌发 ,前者花果期为 6 ～ 9月 ,大大早于黄顶菊
的 8 ～ 12月 。因此 , 5月 8日测定的游离脯氨酸 、丙
二醛的含量和过氧化物酶活性 、质膜透性均比黄顶
菊低 ,说明一年蓬相对较适应早春的气候环境。除
此之外 ,一年蓬各项生理指标基本与黄顶菊一致 ,从
这个意义上说 ,黄顶菊未来扩张的趋势应受到重视。
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