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豚草(Ambeosia artemisifolia L.)属于菊科(Compositae)豚草属(Ambrosia L.)一年生恶性草本植物,起源并分化于美国西南部和墨西哥西北部的索诺兰地区。目前,关于豚草的相关研究主要集中在分布、危害以及控制等方面,而有关豚草对环境因子的生理生态响应方面的研究尚少,因此,本文通过遮荫田间实验,以豚草和群落中常与其伴生的土著种肖梵天花进行对比研究,探讨了它们对生长光强(KIL00％、55%、30%、10%)的形态学和生理学适应性特征。研究结果表明:
(1)在强光照射下,豚草分枝能力强,分枝数量、分枝长度越高,植株所形成的盖幕越大、越密,通过遮荫抑制土著种生长的能力就越强,而且,分枝数的增多将直接导致植株花的数量和种子的生产量增加。与肖梵天花相比,豚草具有较高的总叶面积与生物量,这将有利于提高其对土著种的竞争力。在生物量分配方面,豚草的根冠比较低,其根系对水分、养分吸收的效应更高、功能更强;豚草的叶生物量比虽比肖梵天花低,但植株总叶面积较高,这与其具有较高的SLA有关。在遮荫环境下,豚草能迅速减少对地下部分根生物量的投入,增加对地上部茎和叶生物量的投入,以最大限度地增加光合作用面积和繁殖器官来摆脱资源限制的影响。在高、中光环境条件中豚草具有较高的SLA,这能够增强光合利用效率,提高叶片光合速率,有利于光合产物的积累。在光照强度为100%、55%、30%三种处理下,豚草的RGR均显著高于肖梵天花,高的生长速率有助于提高豚草的建群速度,更快地占据新生境的资源,在与生长较慢的土著种的竞争中取得优势。豚草的植株结构与生长特征的可塑性指数分别为0.78、0.83,分别高于肖梵天花的0.64、0.60。
(2)与肖梵天花相比,豚草的Pmax较高,尤其在全、中光环境下。强光下豚草主要通过提高PmaX来保护光合机构。豚草具有较高的光饱和点和补偿点,说明豚草对强光环境的适应性较强。强光下豚草的暗呼吸速率(Rd)比土著植物肖梵天花高,通过呼吸作用消耗有机物的量也较多,不利于光合产物的累积,但是强光下,豚草的Pmax维持高水平,平衡了其较高的暗呼吸速率而消耗的有机物。与肖梵天花相比,豚草具有较高的光能利用能力以及光合生理可塑性。
(3)全光照条件下豚草和肖梵天花丙二醛含量达到最高,两种杂草均发生了膜脂过氧化,与豚草相比,肖梵天花的膜脂过氧化作用加剧,细胞膜的损伤较严重。而在强光环境下,豚草能迅速启动抗氧化酶SOD、CAT以及GSH、茶多酚等清除细胞活性氧的重要保护酶和抗氧化剂,使豚草植株内的活性氧自由基维持在较低水平,阻抑膜脂过氧化,维持膜的稳定性,以此来抵御高光环境带来的伤害。豚草的Pro与POD在其对光照降低的抗性响应中起了主要作用,而肖梵天花的响应较豚草弱。