外来入侵种三裂叶豚草对不同水分条件的生理响应

外来入侵种三裂叶豚草对不同水分条件的生理响应
入侵植物三裂叶豚草( Ambrosia trifida )生活力强，适应性广，传播途径多，繁殖系数大，容易在非原生地形成单一优势种，降低自然生态系统的生物多样性 [1 ，2] ，而且三裂叶豚草的花粉是人类过敏症的重要致敏原 [3] 。

三裂叶豚草于 20世纪 50 年代传入中国后，在国内建立了优势种群，现在全国大部分省市均有分布，并形成南京、武汉、南昌一九江、沈阳一铁岭一丹东 4 个发生和扩散中心 [4] ，已经对农业生产、生态环境和人民健康造成了巨大威胁[3] 。

因此，研究三裂叶豚草与入侵地生态环境的关系，对于揭示其入侵机制、预测扩散范围至关重要 [5] 。

土壤水分是影响植物分布和生长发育的重要生态因子，能够对外来植物的入侵产生影响 [6， 7] 。

野外调查表明，影响三裂叶豚草分布的主要因素是人为干扰程度和土壤水分条件，三裂叶豚
草适宜生活在人为干扰程度高和土壤含水量大的生境内。

目前，国内外关于三裂叶豚草的研究主要集中在生物学特性、植物竞争[8] 和综合防治 [1 ， 9， 10]等方面，而对其抗逆生理方面的研究较少 [5] 。

试验研究了三裂叶豚草在不同的土壤水分含量条件下生理特性变化，旨在了解该外来杂草对环境适应的特点，为预测其潜在分布范围和有效治理提供理论依据，也为解释入侵植物在环境胁迫下的响应机制提供参考。

1 材料与方法
1.1材料
试验材料为三裂叶豚草。

从上一年同一生境内生长发育状况相似的三裂叶豚草上收集种子，春季进行育苗。

1.2试验设计
试验在防雨棚中盆栽进行。

塑料盆的直径
20 cm,高25 cm,每盆装土 15 kg ,当三裂叶豚草幼苗第一对真叶完全展开后，选择长势一致的幼苗进行移栽，土壤相对含水量控制在70%- 80%移栽20 d后进行不同水分处理。

共设置 4个处理：①水分过量处理，土壤含水量为土壤田间最大持水量的90%-100% (W90 :②正常水分处理，土壤含水量为土壤田间最大持水量的70%-80%［ W7Q 对照(CK ］；③轻度干旱胁迫处理, 土壤含水量为土壤田间最大持水量的50%-60%( W50)；
④重度干旱胁迫处理，土壤含水量为土壤田间最大持水量的 30%- 40% (W30。

土壤相对含水量用土壤水分测定仪测定，在每个处理中随机选10 盆,每盆 1 株,于每天 17： 00 根据当时测定的土壤含水量补水至设定的含水量上限。

取样时间为分枝期、开花期和结实期, 每个处理选取上部完全展开的成熟叶片, 取样后放入冰盒，带入实验室称重后放入超低温冰箱( -85 C)中保存,用于各项生理指标测定,每个处理重复 3 次。

1.3测定方法
外渗电导率［11］使用DDS-11A型电导仪测定，以相对电导率 (%表示；参照文献［12］测定丙二醛(MDA含量、超氧化物歧化酶（SOD和
过氧化物酶（POD的活性；参照文献［13］测定超氧阴离子（02?-）的产生速率；参照文献［14］测定过氧化氢（H2O2 含量和过氧化氢酶（CAT活性。

1.4数据处理
采用DPS统计软件进行数据统计，用单因素方差分析
（ One-way ANOVA 和邓肯氏新复极差法进行多重比较（P
2.3 不同水分条件对三裂叶豚草叶片抗氧化酶活性的影响
SOD能够催化02?-发生歧化反应生成 H2O2和02,而POD和
CAT能够有效地清除H2O2在各生育时期，水分过量处理的三裂叶豚草叶片的SOD CAT和 POD舌性与对照差异不显著。

轻度干旱胁迫处理的SOD CAT和 POD舌性显著降低，在结实期相对于对照分别降低了
12.53%， 15.48%和 21.31%。

重度干旱胁迫下，叶片的SOD和CAT活性持续降低，在结实期与对照相比分别降低了 23.13%和 36.45%，差异显著（图 5、图 6）。

而在分枝期 POD 活性在重度干旱胁迫下虽然显著低于对照，但却显著高于轻度干旱胁迫处理（图 7）。

在开花期和结实期，重度干旱胁迫的POD 活性比对照升高了 36.48%和 78.21%，差异显著。

3 小结与讨论研究表明，干旱、极端温度、盐、紫外线辐射和重金属等各种胁迫会导致ROS的过量积累，加剧膜脂的过氧化［15］。

MDA 是膜脂中的多元不饱和脂肪酸氧化后的主要产物之一，并且MDA还
能继续与不饱和脂肪酸发生连锁反应，破坏膜系统的完整性，使膜的透性增加 [15] 。

细胞膜的透性与细胞膜的损伤密切相关
[16]。

因此，外渗电导率和MDA含量的高低是反应生物膜受损程度的重要指标 [16-18] 。

本研究表明，水分过量条件下，三裂叶豚草的外渗电导率和MDA含量与对照差异不显著，而从轻度干旱胁迫开始，三裂叶豚草的外渗电导率和 MDA含量显著升高，说明干旱胁迫导致膜脂过氧化，生物膜的透性增加。

黄高峰等 [19] 的研究表明，菊芋在轻度干旱胁迫（土壤相对含水量 60%）下 MDA 含量无明显增加，而中度干旱胁迫（土壤相对含水量45%）下菊
芋的MDA含量才显著升高，所以菊芋具有较强的抗旱性。

孔兰静等[20] 在研究观赏草对干旱胁迫的反应时指出，在中度干旱胁迫
（土壤相对含水量40%-45%下外渗电导率显著增加的观赏草抗旱性较强。

本研究中，三裂叶豚草在轻度干旱胁迫（土壤相对含水量50%-60%下外渗电导率和 MDA含量就显著升高，说明三裂叶豚草对干旱胁迫较为敏感，这与邓旭等 [6] 的研究结果一致。

高等植物的叶绿体、线粒体和过氧化物酶体等细胞器在代谢过程中产生ROS是不可避免的[15]。

在正常情况下，ROS勺产生和清除维持平衡状态，但是干旱胁迫打破了这种平衡，引起细胞内的ROS S 速积累[18 , 19]。

O2?-和H2O2等ROS具有极高的活性和毒性，能够对蛋白质、脂质、碳水化合物和DNA造成伤害，
最终导致细胞死亡。

本研究中，干旱胁迫下三裂叶豚草的 O2?- 产生速率和H2O2含量显著升高是导致生物膜受到损伤的主要原因。

在生物进化的过程中，细胞内形成了一系列的抗氧化防御机制来防止ROS勺过量积累，SOD CAT和POD都是清除ROS勺关键酶[15] 。

SOD能够催化
O2?-发生歧化反应生成 H2O2和O2而 POD和CAT能够有效地清除H2O2干旱胁迫下，抗旱能力强的植物保护酶活性较高 [19-21] 。

在菊芋耐旱性勺研究中表明，轻度干旱胁迫下菊芋的SOC和CAT活性显著升高，而重度干旱胁迫下酶活呈下降趋势 [20] 。

本研究表明，在轻度和重度干旱胁迫下三裂叶豚草的SOD和CAT活性均显著降低，这说明轻度干旱胁迫已经超出了三裂叶豚草对干旱的忍耐能力，保护酶活性降低，清除 ROS的能力受到抑制[21]。

已有研究认为POD勺作用具双重性能[22，23]。

一方面为保护效应， Sairam 等[24] 的研究指出，在干旱胁迫下耐旱的小麦有较高的POD舌性，而不耐旱的小麦品种的 POD舌性较低。

另一方面POD参与叶绿素的降解、活性氧的产生，并能引发膜脂过氧化，是植物衰老到一定阶段的产物，为一种伤害性反应，可作为植物衰老的指标 [23，25] 。

许长成等 [23] 指出，耐旱性强的大豆品种在干旱胁迫下POD 舌性增加幅度较小，而耐旱性弱的大豆品种POD舌性显著升高，POD 舌性与H2O2含量显著正相关。

本研究中，重度干旱胁迫下POD舌性显著升高与细胞内发生的氧化反应有关。

三裂叶豚草是一种恶性杂草，对其控制的方法主要有人工拔
除、化学防除、植物替代和引进天敌等 [1 ， 10， 26] 。

而植物替代防治三裂叶豚草，替代植物一旦定植便能长期抑制三裂叶豚草，并且能保持水土，改良土质，提高环境质量，这是一种有效防除的方法[1] 。

植物替代的基本原理是选择耐胁迫能力强的多年生的草本和灌木，通过其占据地下空间、争夺水分和营养的优势，对三裂叶豚草
造成水分和营养胁迫，阻碍豚草正常生长和繁殖。

本研究表明，三裂叶豚草对过量水分反应不敏感，而在干旱胁迫下抗氧化酶代谢失调，清除ROSIE力丧失，导致叶片损伤较重，表明三裂叶豚草耐湿润而不耐干旱，雨量充足的湿润区域是三裂叶豚草的最佳生长区 [9] ，这不仅有助于研究三裂叶豚草的入侵机制，还可以为植物替代防治豚草提供理论依据。