薇甘菊入侵对三裂叶蟛蜞菊生理特性的影响

摘要：为探究薇甘菊（Mikania micrantha）入侵对三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）生理特性的影响，比较了薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊和无薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊叶片过氧化物酶（POD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性以及可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和叶绿素含量。结果表明，薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊相对于无薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊，除SOD活性没有显著性差异外，POD活性、CAT活性、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量及叶绿素含量均有显著降低。薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊的保护酶系统、渗透调节系统和光合系统产生了较大的影响。

关键词：薇甘菊（Mikania micrantha）；三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）；生理特性

中图分类号：Q945.79 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）03-0615-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.03.027

Effects of Mikania micrantha Invasion on Physiological

Characteristics of Wedelia trilobata

XU Hua， LIAO Jie-cao， CAI Ming-rui

（ College of Engineering Technology， Beijing Normal University Zhuhai Campus， Zhuhai 519087， Guangdong， China）

Abstract：The activities of peroxidase （POD）， catalase （CAT） and superoxide dismutase （SOD） and content of soluble sugar， soluble protein and chlorophyll in leaves of Wedelia trilobata inside and outside Mikania micrantha invasion area were compared to explore the effects of Mikania micrantha invasion on physiological characterstics. The results showed that compared with Wedelia trilobata outside Mikania micrantha invasion area， activities of POD and CAT， content of soluble sugar and soluble protein and chlorophyll in leaves of Wedelia trilobata inside Mikania micrantha invasion area decreased significantly， but activity of SOD had not significantly reduced. Invasion of Mikania micrantha had great influence on systems of protective enzymes， osmotic adjustment and photosynthesis of Wedelia trilobata.

Key words： Mikania micrantha； Wedelia trilobata； physiological characteristics

中国是生物多样性大国，随着长期以来与外界经济文化的交流，导致大量物种的引进和输出，外来物种入侵的问题也变得日益突出。资料显示中国目前外来入侵植物达380种之多。外来植物入侵已经对中国的生物多样性、生态系统安全、区域经济的发展造成了巨大危害。因此有必要提高警惕，对于新入侵或者潜在的外来入侵物种， 应及早给予重视及治理，同时加强了解其生物特性和生态学特性，为科学管理提供依据[1]。

薇甘菊（Mikania micrantha）系菊科假泽兰属多年生攀援草本，原产热带美洲，是世界上十大危害杂草之一，20世纪80年代末到90年代初已广泛分布于广东省沿海各地，尤其在珠江三角洲地区，造成了极大危害[2]。现在深圳市区内的许多公园大道及自然保护区都有薇甘菊的踪迹，据不完全统计，薇甘菊在深圳的危害面积已达2 700 hm2，覆盖区域中50%～60%的岛屿生态平衡遭到破坏，多种植物因薇甘菊的覆盖而难以存活，从而导致岛上居住的部分动物因缺乏食物而死亡[3]。

三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）属菊科多年生草本植物，原产美洲，又称南美蟛蜞菊。20世纪70年代作为园林绿化植物引入中国，目前在华南地区已成为农林业杂草，因其环境适应性强，病虫害少，兼具种子与克隆繁殖，生长迅速，易形成覆盖植被而侵占其他植物的生长空间，是华南地区危害严重的区域性入侵植物之一[4]。陈贤兴等[5]研究证实三裂叶蟛蜞菊对中国几种重要经济作物具有化感作用，会对当地经济作物的生产产生较大的影响。

目前为止，大部分研究都着重于研究薇甘菊或三裂叶蟛蜞菊的危害和防治方法，这些研究表明，薇甘菊和三裂叶蟛蜞菊都是入侵性极强的外来物种，在中国多地已造成较大的经济损失，两者都对多种植物具有化感作用，对植物的生长发育造成影响，能够改变当地系统的生物多样性及稳定性[6-11]。研究利用种间竞争机制来进行植物的生物防除已经成为生态学研究领域的一大热点[12]。因此，开发利用入侵植物资源用于某些植物的生物防除和绿化管理具有十分广阔的前景，但薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊生理特性影响的相关报道鲜见。因此，本研究通过比较薇甘菊入侵区域和无薇甘菊入侵区域三裂叶蟛蜞菊叶片的SOD活性、POD活性、CAT活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及叶绿素含量变化，研究薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊生理特性的影响程度，旨在为充分利用植物资源对特定外来入侵植物进行生物防治提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2013年3～4月在北京师范大学珠海分校工程技术学院植物学实验室进行。

1.2 试验材料

在北京师范大学珠海分校校园内选取相邻的两个三裂叶蟛蜞菊种群，其中一个种群无薇甘菊入侵，另一种群有薇甘菊入侵。从入侵地和非入侵地分别摘取长势基本一致的三裂叶蟛蜞菊4株，立刻带回实验室进行处理和指标测定。每株各取一片叶片分别测定SOD活性、POD活性、CAT活性、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量以及叶绿素含量，即每个指标均设4次重复。

1.3 试验方法

1.3.1 提取液制备 粗酶提取液的制备参照吴学明等[13]的方法，可溶性蛋白提取液制备参照强伟等[14]的方法，可溶性糖提取液制备参照马琴国等[15]的方法，叶绿素提取液制备参照徐国瑞等[16]的方法。

1.3.2 测定方法 6种检测指标都使用紫外可见分光光度计进行比色方法检测。可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[14]，在595 nm的波长下测定吸光值；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[15]，在620 nm的波长下测定吸光值；叶绿素总含量测定采用乙醇丙酮提取法[16]，分别在663 nm和645 nm的波长下测定吸光值；SOD活性的测定采用氮蓝四唑法[13]，在560 nm的波长下测定吸光值；POD活性的测定采用愈创木酚法[17]，在470 nm波长下测定吸光值，每隔30 s记录一次数据，共计3 min，以1 min内OD470 nm变化0.01为1个酶活性单位；CAT活性的测定采用紫外吸收法[17]，在240 nm的波长下测定吸光值，每隔1 min记录一次数据，共计3 min，以1 min内OD240 nm变化0.1为1个酶活性单位。

1.4 指标计算方法

参照参考文献[18]中的计算方法，依据公式计算各指标的值：

SOD活性=[（Ack-AE）×V]/（1/2Ack×W×Vt）

POD活性=（ΔA470×Vt）/（W×Vs×0.01×t）

CAT活性=[ΔA240×Vt]/（W×Vs×0.01×t）

可溶性蛋白质含量=（C×Vt）/（W×Vs）

可溶性糖含量（%）=[（C×Vt）/（Vs×W×106）]×100

叶绿素总量：CT=Ca+Cb=8.02×OD663 nm+20.21×OD645 nm

式中，ΔOD为反应时间内吸光度的变化；W为样品鲜重；Δt为反应时间；Vt为提取酶液总体积；Vs为测定时取用酶液体积；Ack为照光对照管的吸光度；AE为样品管的吸光度；V为样品液总体积；C为标准曲线所查值。

1.5 数据统计与分析

采用 SPSS 17.0 统计软件进行One-way ANVOA方差分析，并进行Duncan多重比较分析，显著性水平设为0.05。表中数据均用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊保护酶活性的影响

由图1可知，相对于无薇甘菊入侵区域，薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊叶片SOD活性有所降低但不显著，POD活性和CAT活性显著降低。这表明薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊的保护酶活性造成了显著影响。

2.2 薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊渗透调节系统的影响

由图2可知，相对于无薇甘菊入侵区域，薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊叶片中可溶性蛋白含量和可溶性糖含量显著降低。这表明薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊的渗透调节系统造成了显著影响。

2.3 薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊叶绿素含量的影响

由图3可知，薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊叶片叶绿素含量显著小于无薇甘菊入侵区域的三裂叶蟛蜞菊叶片叶绿素含量。这表明薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊光合色素的合成或分解造成了显著影响。由以上分析可知，薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊的部分保护酶活性、渗透调节系统、光合系统均造成了不同程度的影响。

3 小结与讨论

一般而言，不管是相同植物物种还是不同植物物种，只要共享某种资源就会存在不同程度的竞争。当薇甘菊和三裂叶蟛蜞菊处于同一区域生长时，两者之间便有了竞争现象。竞争现象意味着由于相邻竞争植物的存在而使环境资源减少，从而导致一个有机体阻碍了另一个有机体的正常生长和发育，实际上是有机体之间互相影响和阻碍[19]。本研究中薇甘菊入侵使三裂叶蟛蜞菊生存环境中的资源相对减少，使三裂叶蟛蜞菊受到逆境胁迫，影响了三裂叶蟛蜞菊的正常生长和发育。

植物保护酶的活性往往是衡量一个植物健康与否的重要生理指标之一，在不同的自然环境中保护酶活性也会不同。逆境条件下植物体保护酶系统能够清除体内多余的自由基，这一保护酶系统实际上是一个抗氧化系统，它由许多酶和还原性物质组成，其中超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶是植物保护酶系的重要保护酶。植物通过抗氧化酶加强抗氧化作用提高对逆境的抗性，从而防止自由基毒害[20]。SOD能够清除生物体内的超氧阴离子自由基，清除机体中产生的自由基和维持动态平衡，具有保护生物体，防止衰老和治疗疾病等作用，是衰老和死亡的直观指标[21]。植物体中POD在植物体内主要有两方面的作用。一方面与植物正常的形态发生和形态建成有关，在植物的生长、发育过程中起作用；另一方面与植物的抗逆性有关，包括抗旱、抗寒、抗盐、抗病等[22]。CAT普遍存在于植物的所有组织中，CAT作为过氧化物的重要清除剂，在植物的抗逆性上起着重要的作用，是调节植物细胞凋亡的重要因子，在植物体内起着抗氧化防御作用[23]。植物在逆境环境中为了消除活性氧自由基所带来的毒害，开始适应逆境产生的胁迫作用，但是这种维持有一定的限度，当胁迫超过植物的承受极限时，POD和CAT活性则会下降或破坏，膜脂质过氧化作用加剧，细胞的正常代谢被破坏，植物生长受到抑制[20]。薇甘菊入侵后，三裂叶蟛蜞菊叶片的SOD活性降低但不显著，而POD和CAT活性则显著下降，说明薇甘菊的入侵所产生的胁迫作用可能超过三裂叶蟛蜞菊的承受极限，影响了三裂叶蟛蜞菊的抗氧化系统，进而影响了其生长和发育。

叶绿素是植物叶片进行光合作用最重要的物质之一，其含量是反映植物光合作用能力的重要指标[16]。叶绿素含量受环境因子的影响，叶绿素含量的下降可作为叶片衰老开始的标志和逆境条件下生理反应的重要参数，常利用叶片叶绿素的含量来判断光合生产能力、逆境胁迫程度等[24，25]。薇甘菊入侵使三裂叶蟛蜞菊叶片的叶绿素含量下降，说明薇甘菊入侵可能改变了三裂叶蟛蜞菊的环境因子，使其生长环境变得恶劣，因而受到逆境胁迫，使三裂叶蟛蜞菊叶片光合色素的合成和分解受到影响，从而影响了其光合作用能力。

植物在逆境中会通过增加溶质的积累来维持其渗透调节系统，可溶性糖和可溶性蛋白都是其中主要的溶质之一，而可溶性糖含量又会受到植物的光合作用的影响[26]。可溶性糖不仅是高等植物的主要光合产物，而且是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，与植物的生长发育、呼吸代谢等各方面都息息相关[15]。植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类，测其含量是了解植物体总代谢的一个重要指标[14]。薇甘菊入侵使三裂叶蟛蜞菊叶片的可溶性糖、可溶性蛋白含量下降，说明薇甘菊入侵可能通过影响三裂叶蟛蜞菊叶片的光合作用或可能通过与三裂叶蟛蜞菊争夺有限的水资源，以致群落内三裂叶蟛蜞菊受到干旱胁迫且超过了三裂叶蟛蜞菊的承受能力，因而对三裂叶蟛蜞菊叶片的渗透调节系统造成影响。

本研究表明，薇甘菊对三裂叶蟛蜞菊叶片的光合色素合成和分解能力、渗透调节系统、保护酶活性均造成了显著影响，抑制了三裂叶蟛蜞菊叶片的生长发育。但薇甘菊和三裂叶蟛蜞菊的种间竞争机制、三裂叶蟛蜞菊对薇甘菊生理特性的影响则需进一步的研究。目前，研究利用种间竞争机制来进行植物的生物防除已经成为生态学研究领域的一大热点[19]。大量研究证明，薇甘菊或三裂叶蟛蜞菊提取液对多种植物具有化感作用[7-9]，这为开发利用薇甘菊或三裂叶蟛蜞菊进行生物防除提供了一定的理论基础。

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