外来入侵植物豚草对当地环境及其生物多样性的影响的研究

豚草大型综合性实验——豚草对周边环境的影响豚草种属：菊科，豚草属，向日葵族Ambrosia 英文名：简介：和三裂叶豚(Ambrosia artemisitifolio )豚草，原产北美，传入我国的有2种：豚草以下，茎下部叶1M草（ Ambrosia trifida）。

豚草是全世界广泛分布的一年生杂草，高对生，上部叶互生，叶一至而回羽裂，边缘具小裂片状齿。

一年生草本，适应性强。

其种多粒。

瘦果，先端具喙和尖刺，主要靠水、禽类，和人为300~62000子产量高，每株可产传播。

豚草传入我国后，因为失去原产地天敌的控制，蔓延十分迅速，危害尤为严重，现在已扩展到十几个省市，不仅在我国，在全世界范围内也是公认的恶性杂草，呈爆发之势。

豚草的主要特点大致如下：）生命力旺盛，繁殖快，极易占用其他生物种的生存空间（如土壤肥料、生长空1（间、阳光等），造成该区域物种单一，破坏物种的多样性。

）其根系分泌物中含具有异株克生的倍半萜混合物，对其他一些植物具有抑制作2（用。

）其花粉是人类“枯草热”和“花粉病”的主要病源，引发过敏性鼻炎和支气管哮（3点，每平方公顷的万粒，大多集中在早上6~8喘等变态反应症。

一株草每天可以散布100206.2吨，而百分之一克就可诱发人的变态反应。

其有毒花粉是只有豚草秋天可产生花粉直径的球型颗粒，含有两个活性豚草细胞，伴有其他蛋白质和营养成分。

蛋白质之一微M 以上的份额。

6%，而在变态活性反应中却占90%称为Amab a I，只占蛋白质总量的针对豚草的特性，我们设计了以下两组实验，从其得出的实验结果及其表现形态，讨论豚草作为一种入侵植物对于周围环境的影响及其成为优势种的原因。

实验一：微型实验田实验[实验目的]讨论豚草对于周围植物在空间上的物理性影响，以及对于土壤中的土居性小型动物的影响。

[实验地点]南京农业大学实验田[实验器材]十平方M见方的实验田两块（土壤肥力较好）生长旺盛时期的豚草植株若干株小麦、燕麦等禾本科经济作物，洋葱，菊科植物等生长旺盛期植株若干[实验步骤]1 .将一块实验田分成九份（如下图）1 / 52 .根据以往的测定结果，选择对豚草敏感或具有重要经济意义的植物进行分区种植，须均匀种植。

例如：大麦黑麦燕麦小麦草豚蒲公英杭白菊向日葵洋葱月进行移植。

）、（以上的作物可先在其他地方进行种植培育，幼苗可在当年45另一块实验田（肥力、土壤生物、土质及其外部条件与实验田相似）与上一块实验3 .田一样进行划分，在相同布局下进行相同物种的种植，中间种植豚草的区域留空，该实验田作为对照组。

天74 .保证环境条件适宜，尽量保证在在露天条件下进行。

在植株移入实验田后，每观察一次，记录植株生长状况及外部形态，抽取植株和土壤进行实验分析，与对照组进行比较。

土壤肥力测定）实验1 .（A。

步骤：分别取实验田和对照田土样两份，分别标号a,b土样溶于水，分别测定水样中氮磷钾等营养物质的含量。

a a土样同样进行操作，与进行对比。

ba 实验预测：根据文献记载，豚草根系具有极强的营养吸收能力，故我们预测 b土样。

土样中的营养物质将大大低于由此可以说明豚草利用其强大的根系吸收土壤中的营养物质，夺取其他植物的生存生长所需营养，造成其他植物营养不良甚至死亡。

豚草繁殖根系扩展B（）实验2 .取一小块豚草植株及其根系土壤，沿植株进行土壤纵剖，观察植物步骤：的根系扩展范围。

实验预测：我们预测豚草的根系将大范围扩张，强占其他植物根系的生长空间。

由此说明豚草根系生长力旺盛，占据了其他植物根系的生长空间，使其他植物因根系无法扩展而造成营养吸收缺陷。

3 .豚草空间扩展（C）实验步骤：观察并记录豚草生长高度及枝叶扩展程度，以及周边阳生性植物的生长情况。

实验预测：实验田里豚草的长势十分良好，枝繁叶茂；但周边植物植株却矮小瘦弱，被豚草枝叶挡去了大片阳光，叶片干枯萎焉，有明显被抑制的现象。

相比于实验组，对照组里周边植物长势良好。

由此说明，豚草繁殖生长能力强，所以大面积密生，遮蔽阳光，周边矮小的阳生植物，因为缺少阳光而不能进行光合作用，最终“饿”死。

4 .）实验土壤微生物的测定D （步骤：分别在两块实验田进行土层的抽样，测定其中微生物的种类、数量和生活情况。

记录数据，进行对比。

2 / 5）（表面以下土层抽样可分为三层：1~5cm 5~10cm 10~15cm实验预测：实验地里的土壤动物，无论是个体数还是类群数，都随着生长季的推进而增加，至8月份达到最高值然后减少。

月份尤为明豚草样地里的土壤动物个体数量低于对照组，8~9 显。

在豚草营养生长的旺季和繁殖季节，豚草样地里的土壤动物的类群数应明显低于对照样地。

其对土壤动物的抑制有种群特异性。

由实验结果和文献记载可以推断，在豚草发生地，伴随着生长季的推进，化感物质的分泌增加，而且夏季降水增多，对豚草地上部分的淋溶加强，这样对土壤动物的抑制作用加强，季节演替，豚草生命力衰退，分泌化感物质减少，降雨减少，淋溶作用减弱，抑制强度降低。

●豚草的一个重要特点就是有化感作用，能向周围环境排放一些化感物质，抑制其他物种的生长。

那么，什么是化感作用？化感物质又有哪些？怎样起作用呢？在自然界，生态系统的调控过程是相互促进(相生)或相互抑制(相克)的协调过程，生态系统的化学调控是指生物体产生的生物活性物质能在生物体之间传递信息并导致生物体的相互作用。

植物化感作用是植物之间传递信息的一种方式，它是指一个活体植物(供体植物)通过地上部分(茎、叶、花、果实或种子)挥发、淋溶和根系分泌等途径向环境中释放某些化学物质，从而影响周围植物(受体植物)的生长和发育。

这种作用或是相互促进(相生)，或是相互抑制(相克)。

从广义上讲，化感作用也包括植物对周围微生物和以植物为食的昆虫等的作用，以及由于植物残体的腐解而带来的一系列影响。

化感物质是植物产生的次生代谢物质。

化感物质的种类很多，可将其分为14类。

此外，按照化感物质的化学结构也可以分为5大类：脂肪族、芳香族、含氧杂环化合物、类萜和含氮化合物。

目前已分离到多种能抑制植物生长的化感物质。

如：N—苯基—2—萘胺，亚油酸，亚油酸甘油酯，五倍子酸(桔酸) 和焦桔酸[3]，长链脂肪酸、酚类、酸类、醇类等[8，9]。

化感物质可以通过多种方式抑制细胞的分裂，从而减少细胞数量。

对化感物质抑制生长的机理研究较少，且没有统一的结论，但不同的研究者根据自己的实验得到了一些初步结果。

从目前的报道看，化感物质抑制植物生长可能的途径主要如下：1 破坏叶绿素叶绿素是光合作用的场所。

有些化感物质通过破坏藻类的叶绿素，减少植物的同化产物，从而抑制植物的生长。

2 破坏细胞膜化感物质能降低细胞膜的完整性，使细胞内物质大量渗出，渗出液的电导率增加。

化感物质处理24 h后渗出液的电导率与化感物质的浓度线性相关。

经不同的化感物质处理后，酵母菌、甜菜、玉M等都出现细胞膜透性增加，K+流失的现象。

3 影响某些酶的活性化感作用能影响生物体的酶活性，由于酶的特性不同，化感物质能提高某些酶的活性，却能抑制另外一些酶的活性。

单宁能抑制纤维素酶活性，从而延缓纤维素和半纤维素的降解。

化感物质对植物过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)3 / 5ATP酶的活性。

等抗性酶的影响报道较少。

Friebec 也发现化感物质能影响细胞膜根据上述了解，我们可以设计如下实验来求证豚草根系分泌的化感物质对其他物种的影响。

实验二豚草的化感作用研究实验[实验目的]观察豚草的化感作用对种子萌发的影响[实验原理]豚草的根和叶中可以分泌出具有异株克生作用的倍半萜混合物（为一类含有三个异戊烯的15碳化合物），含有（bisabolene,guayene,bulnesene,佛手烯（bergamotene）,β-绿叶灵（β-patchoulin））, 低浓度时能强烈抑制种子的萌发。

[实验器材和试剂]新鲜豚草枝叶、洋葱、燕麦、黑麦的活种子（20颗，大小均匀），蒸馏水、2mol/L的NaOH或HNO3、0.25%二氯化钾等直径9cm的培养皿、5ml的移液管、托盘天平、200ml的烧杯、滤纸、pH试纸、恒温培养箱等[实验步骤]1.于7、8月份在实验天中采集豚草新鲜枝叶、根系自然风干，粉碎后称取5g，加入100ml蒸馏水，浸泡24小时后过滤，配制成浓度 (0.25%)为0.05g干重/ml的水提液（这一比例为国内外研究时常用浓度）测定pH值，然后用2 molNaOH和HNO3溶液调整pH值到6.0左右。

2.在直径9cm的培养基中铺上两层滤纸，加如5ml 豚草根系部分的提取液，以蒸馏水作为对照液。

3.洋葱、燕麦、黑麦种子，用0.25%浓度的二氯甲烷处理5min,然后在每个培养皿中放置大小均匀的上述种子10粒，在培养期间进行避光培养，日间温度为26~29摄氏度，夜间温度为20~24摄氏度。

数天后测定其发芽率，根长及苗高。

（每隔24小时记录一次，胚根突破种皮2mm视为萌发。

）并记录萌发时间。

4.根据实验结果计算其发芽率。

（以上实验步骤设计部分参考《生态学报》“薇甘菊的化感作用”）[预测结果]豚草根系分泌物对种子萌发的抑制作用：豚草枝叶根系提取物对洋葱、燕麦、黑麦种子发芽的抑制作用都十分明显，与对照组相比，种子的发芽率普遍显著降低，幼苗的根长、苗高都受严重影响，低于对照组平均值。

【总结与讨论】4 / 5通过上述豚草综合性实验我们不难发现豚草成为优势种的原因不仅在于其繁殖力和吸肥力极强，生长旺盛，遮挡阳光，使周围物种缺乏阳光、养料、水分而长势变弱，还在于它的根系、枝叶能分泌出具有异株克生作用的倍半萜类物质，通过挥发、淋溶的方式抑制谷物和禾本科、菊科等观赏植物的萌发、生长，所以它能够在全球范围内呈爆发蔓延趋势，严重排挤土著种，减少生物多样性，造成巨大农牧业损失和景观破坏。

其散发的花粉导致“枯热病”和过敏性鼻炎，严重影响了居民的日常生活。

所以豚草对环境和人类都有及大的害处，我们要用适宜的手段控制其蔓延，例如可以引进其天敌豚草卷蛾和苍耳螟，通过这两种生物在豚草的控制机制上形成的互补作用（详情请参考《生态学报》2003年第23卷第11期“豚草卷蛾和苍耳螟的资源生态位研究”）来抑制其蔓延，还可以用草甘瞵、苯达松、虎威、克芙综等除草剂来控制其生长。

此外，豚草对土壤动物的抑制性可以用来控制土壤昆虫，这一点是有利的，利用这一点我们可以防治土壤里的有害微生物和开发新药。

总之，对豚草的研究还要继续，在控制其害的基础上利用其有益处为人类生产、生活服务，这才是我们的目的和方向。

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