呂曉倩，張銀龍**

(1：南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037)(2：南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037)

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克隆整合和模擬沉積物淹埋對(duì)外來(lái)水生植物粉綠狐尾藻(Myriophyllum aquaticum)生長(zhǎng)和抗氧化系統(tǒng)的影響*

呂曉倩1，2，張銀龍1，2**

(1：南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210037)(2：南京林業(yè)大學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，南京 210037)

多數(shù)外來(lái)入侵水生植物都是克隆植物，而目前關(guān)于克隆整合屬性對(duì)其入侵性潛在影響的研究仍舊缺乏. 本文通過(guò)研究克隆整合(匍匐莖連接)和模擬沉積物淹埋(3 cm厚基質(zhì)淹埋)對(duì)外來(lái)水生植物粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)的生長(zhǎng)、生物量分配和抗氧化酶活性的影響，探討了克隆整合特性對(duì)粉綠狐尾藻耐受基質(zhì)淹埋的作用機(jī)制. 研究發(fā)現(xiàn)：基質(zhì)淹埋顯著降低了粉綠狐尾藻的生物量、總匍匐莖長(zhǎng)度和分枝數(shù)，而克隆整合則顯著促進(jìn)了受淹埋分株的這些生長(zhǎng)指標(biāo)；基質(zhì)淹埋顯著降低了粉綠狐尾藻分株抗氧化酶(超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶)的活性，而克隆整合顯著提升了受淹埋分株的抗氧化酶活性；此外，克隆整合顯著降低了受淹埋分株的冠根比. 以上結(jié)果表明：克隆整合效應(yīng)能顯著提升粉綠狐尾藻在基質(zhì)淹埋脅迫下的活性氧清除能力，從而有助于其生長(zhǎng)；能改變受脅迫分株生物量分配，提升其資源獲取能力. 因此，異質(zhì)性環(huán)境脅迫下，粉綠狐尾藻的入侵性可能與其克隆整合屬性密切相關(guān).

基質(zhì)淹埋；生理整合；外來(lái)植物；抗氧化酶；冠根比；粉綠狐尾藻

在湖泊、河流等水生環(huán)境中，沿岸帶濕地植物常常會(huì)因水位波動(dòng)或洪水侵蝕而部分或完全遭受泥沙等沉積物的淹埋[1-2]. 基質(zhì)淹埋能改變濕地植物周邊生物和非生物環(huán)境條件，如降低光照強(qiáng)度、改變周?chē)鷾囟取⑷芙庋鹾屯寥牢⑸锘顒?dòng)來(lái)影響植物的生理、形態(tài)特征以及生長(zhǎng)和存活[3-7]. 基質(zhì)淹埋作為對(duì)濕地植物的一種環(huán)境脅迫，關(guān)于植物對(duì)其耐受性和適應(yīng)性機(jī)制的研究并不多見(jiàn)[8].

當(dāng)濕地克隆植物部分分株遭受基質(zhì)淹埋時(shí)，未淹埋的分株能通過(guò)與其相連的淹埋分株進(jìn)行物質(zhì)(碳水化合物、水分和養(yǎng)分等)的傳輸(即克隆整合)給予受脅迫分株資源或者信息的支持[9-10]. 國(guó)內(nèi)外眾多研究表明，克隆整合能使許多生境中遭受局部環(huán)境脅迫的分株受益，如光照脅迫、營(yíng)養(yǎng)脅迫、水分脅迫、鹽分脅迫、病原體侵染以及采食干擾等[11-17]. 在脅迫條件下，植物細(xì)胞新陳代謝平衡受到干擾，活性氧大量產(chǎn)生和積累，導(dǎo)致氧化脅迫，進(jìn)而影響植物的生存和生長(zhǎng)[18-19]. 盡管?chē)?guó)內(nèi)外有諸多研究探討克隆整合對(duì)植物抵御和耐受環(huán)境脅迫的影響，但關(guān)注克隆整合影響濕地植物抵御基質(zhì)淹埋的研究較少，特別是鮮有從氧化脅迫角度分析克隆植物抗逆的生物學(xué)機(jī)理研究[19].

植物入侵對(duì)生物多樣性和全球生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了巨大的威脅[20]. 有相當(dāng)一部分惡性外來(lái)入侵植物具有非常強(qiáng)的克隆繁殖能力[21-23]. 例如，兩種入侵性水生植物喜旱蓮子草和鳳眼蓮能在水中形成致密的氈層，排擠水生生態(tài)系統(tǒng)中其他幾乎所有的物種[24-25]. 已有部分研究表明外來(lái)植物的入侵性和克隆植物的克隆特性例如克隆整合密切相關(guān)[23,26-28]. 然而，目前多數(shù)針對(duì)入侵克隆植物的研究常常忽視其克隆整合特性的潛在影響，這可能會(huì)對(duì)這些入侵植物缺乏全面的了解[28].

粉綠狐尾藻(Myriophyllumaquaticum)原產(chǎn)南美，其作為觀賞植物被引入世界各地，但是在引入地逸為野生，特別是在歐洲、北美和我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)已成為難以控制的惡性水生雜草，對(duì)當(dāng)?shù)厮鷳B(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的損害[29-30]. 因其在富營(yíng)養(yǎng)化水體中快速生長(zhǎng)、在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中可大量吸收污染物并且具有良好的景觀效果等特點(diǎn)，近來(lái)在我國(guó)被廣泛應(yīng)用于水體的生態(tài)修復(fù). 并且已在我國(guó)云南、江浙等地野外出現(xiàn)或形成當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)群落[15,30]. 粉綠狐尾藻作為一種典型的水生克隆植物，關(guān)于其克隆整合屬性的研究報(bào)道卻非常少[15]. 本實(shí)驗(yàn)以外來(lái)水生植物粉綠狐尾藻克隆片段為研究材料，用室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)的手段，研究克隆整合(相連匍匐莖切斷與否)和基質(zhì)淹埋對(duì)粉綠狐尾藻植株抗氧化酶活性、生長(zhǎng)和生物量分配的影響. 考慮到未淹埋分株能通過(guò)連接的匍匐莖輸送資源給受基質(zhì)淹埋分株，從而可能增強(qiáng)其氧化脅迫下細(xì)胞的新陳代謝水平，因此，我們提出如下假設(shè)：(1)克隆整合將影響受基質(zhì)淹埋分株的抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化物酶(POD)和過(guò)氧化氫酶(CAT))的活性，從而有利于其細(xì)胞內(nèi)活性氧濃度平衡的維持；(2)克隆整合將顯著增強(qiáng)受淹埋分株的生長(zhǎng)能力，從而提高其對(duì)基質(zhì)淹埋的耐受性；(3)克隆整合將顯著影響受淹埋分株的生物量分配. 基于勞動(dòng)分工理論(division of labor theory)[13]，我們預(yù)測(cè)：由于基質(zhì)淹埋降低了地上資源的可獲得性，克隆整合將顯著增加受淹埋分株的地下生物量投入(冠根比增加).

1　材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)材料

粉綠狐尾藻為小二仙草科 (Haloragidaceae) 狐尾藻屬 (Myriophyllum)植物. 多年生挺水或沉水草本植物，原產(chǎn)于南美洲. 莖半直立，能匍匐于濕地生長(zhǎng). 上部為挺水葉，匍匐在水面上，下半部為水中莖. 挺水葉輪生，羽狀排列；沉水葉絲狀，朱紅色，冬天落葉為紅色. 穗狀花序頂生，花單性，雌雄異株，花序上半部為雄花，下半部為雌花，花期在每年的4-9月[31-32]. 粉綠狐尾藻在引入地能耐受秋、冬季低溫甚至霜凍[33]，能在濕潤(rùn)且沒(méi)有水體覆蓋的情況下，例如潮濕的河岸和退水后裸露的基質(zhì)上正常生長(zhǎng)，甚至在相對(duì)干燥的土壤中也能存活. 在中國(guó)只有雌株，僅靠斷枝和片段進(jìn)行克隆繁殖和擴(kuò)散[15,30].

2013年6月上旬，在太湖貢湖灣區(qū)域自然分布的粉綠狐尾藻種群中采集大小一致的100株頂枝(長(zhǎng)度約15 cm)移植于溫室內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng). 野外采集的頂枝均匍匐種植在濕潤(rùn)的泥沙基質(zhì)上. 一周后，待斷枝生根后，挑選大小均一且長(zhǎng)勢(shì)良好的24株(均含5個(gè)分株，見(jiàn)圖1；株高16±0.31 cm)作為實(shí)驗(yàn)材料用于實(shí)驗(yàn). 每個(gè)克隆片段(實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)的頂枝)中2個(gè)靠近頂端的生根分株(長(zhǎng)約6 cm)作為先端部分(即子株)，其余含有3個(gè)分株的莖斷作為基端部分(即母株).

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)在南京林業(yè)大學(xué)溫室中進(jìn)行，溫室內(nèi)為自然光照和溫度. 實(shí)驗(yàn)從2013年6月20日開(kāi)始，2013年8月2日收獲，周期為6周. 實(shí)驗(yàn)采用兩因素兩水平的析因設(shè)計(jì)(two-way factorial design). 實(shí)驗(yàn)因素為匍匐莖切斷或者保持連接，先端分株被基質(zhì)淹埋或者不淹埋. 因而4個(gè)處理分別為：匍匐莖連接先端不淹埋、匍匐莖連接先端淹埋、匍匐莖切斷先端不淹埋、匍匐莖切斷先端淹埋(圖1). 實(shí)驗(yàn)重復(fù)6次. 實(shí)驗(yàn)容器為24個(gè)塑料白框(長(zhǎng)×寬×高=50 cm×40 cm×15 cm)，并將每個(gè)容器也分為先端和基端部分(體積比為1∶1). 通過(guò)不透水的塑料布包裹使容器兩部分的養(yǎng)分、水分和根系隔離. 實(shí)驗(yàn)基質(zhì)為體積比為1∶1的純凈的沙子和湖泥(總氮(TN)含量為 2.45 mg/g;總磷(TP)含量為0.30 mg/g)的混合物以及5 g緩釋肥(Osmocote, N-P-K∶16-8-12)，厚度約10 cm，基質(zhì)總重約20 kg. 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，將挑選的24個(gè)粉綠狐尾藻的生根克隆片段匍匐放置于實(shí)驗(yàn)容器基質(zhì)上(穿過(guò)塑料布)，每個(gè)容器一顆植株，植株的先端分株放置在容器先端部分中間，相對(duì)應(yīng)的基端分株放置于容器的基端部分. 經(jīng)過(guò)1周的適應(yīng)性培養(yǎng)，待植株在新環(huán)境重新扎根后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)處理：將12個(gè)容器中的粉綠狐尾藻先端分株和基端分株的匍匐莖用剪刀切斷，另外12個(gè)容器的植株匍匐莖保持連接；然后用3 cm厚的實(shí)驗(yàn)基質(zhì)覆蓋在其中的6個(gè)切斷處理和6個(gè)連接處理的先端分株上來(lái)模擬湖濱沿岸帶沉積物淹埋. 實(shí)驗(yàn)期間每天澆水，保持各處理的基質(zhì)上覆蓋2 cm高的水以模擬濕地環(huán)境. 6周以后，待植株生長(zhǎng)到占滿了整個(gè)容器時(shí)進(jìn)行收獲. 實(shí)驗(yàn)處理期間，在晴好天氣溫室的光照強(qiáng)度為1000～1200 μmol/(m2· s)，平均氣溫為25～28℃.

1.3數(shù)據(jù)收集

實(shí)驗(yàn)收獲前，取0.2g先端分株頂枝部分新鮮樣品置于預(yù)冷的研缽中, 加入5 ml預(yù)冷的50 mmol/L磷酸緩沖液(pH值為7.8)冰浴研磨，然后用磷酸緩沖液定容至10 ml, 并于4℃下15000轉(zhuǎn)/min離心15 min, 取上清液(粗酶液) 4℃保存, 用于測(cè)定樣品SOD、POD和CAT活性. 其中SOD活性用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法測(cè)定；POD活性用愈創(chuàng)木酚氧化法測(cè)定；CAT活性用紫外吸收法測(cè)定[34].

實(shí)驗(yàn)待收獲時(shí)，記錄各個(gè)處理先端部分分株的分枝數(shù)，并測(cè)量總的匍匐莖長(zhǎng). 然后將所有處理分株小心收獲洗凈并分成葉、匍匐莖和根3個(gè)部分，并將各部分放入70℃的烘箱中72 h，烘干至恒重測(cè)量干重.

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖(每個(gè)容器中均為一個(gè)粉綠狐尾藻的克隆片段，容器左側(cè)是3個(gè)基端分株，右側(cè)為2個(gè)先端分株；基端和先端保持連接(上)或切斷(下)，先端分株不淹埋或受3 cm厚基質(zhì)淹埋(陰影))Fig.1　Schematic representation of the experimental design (There was one clonal fragment of M. aquaticum in each container, consisting three basal ramets grown in the left side and two apical ramets in the right side； Stolon connection between basal and apical ramets were connected (upside) or disconnected (underside); Apical ramets were buried by 3 cm sediment (shade) or not)

1.4數(shù)據(jù)分析

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為均值±標(biāo)準(zhǔn)誤. 在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析前，數(shù)據(jù)都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換以確保數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布和方差的齊次性. 利用雙因素方差分析(two-way ANOVA)檢驗(yàn)克隆整合(匍匐莖連接)和基質(zhì)淹埋對(duì)先端部分分株的生長(zhǎng)(生物量、匍匐莖總長(zhǎng)和分枝數(shù))、冠根比(shoot/root ratio)和抗氧化酶活性(SOD、POD和CAT活性)的影響. 倘若處理的影響顯著，再利用Studentized Tukey’s HSD的方法對(duì)因素內(nèi)不同水平間的影響進(jìn)行多重比較. 數(shù)據(jù)分析采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，顯著度水平為0.05.

表1 克隆整合(連接)、基質(zhì)淹埋(淹埋)及兩者的交互作用對(duì)粉綠狐尾藻先端分株的抗氧化酶活性的雙因素方差分析結(jié)果

*表示P< 0.05；**表示P<0.01；***表示P<0.001，下同.

表2 克隆整合(連接)、基質(zhì)淹埋(淹埋)及兩者的交互作用對(duì)粉綠狐尾藻先端分株的生物量、匍匐莖總長(zhǎng)和分枝數(shù)影響的雙因素方差分析結(jié)果

2　結(jié)果

2.1粉綠狐尾藻先端分株的抗氧化酶活性變化

克隆整合(匍匐莖連接)、基質(zhì)淹埋及其交互作用顯著影響了粉綠狐尾藻先端分株的SOD和CAT酶活性；而POD活性只受兩個(gè)因素交互作用的影響(表1). 先端分株未被基質(zhì)淹埋時(shí)，克隆整合對(duì)粉綠狐尾藻的抗氧化酶活性無(wú)顯著影響(圖2A、B、C)；而當(dāng)先端分株被基質(zhì)淹埋時(shí)，克隆整合顯著增強(qiáng)了粉綠狐尾藻的SOD和CAT活性(圖2A、C)，并有增強(qiáng)其POD活性的趨勢(shì)(圖2B).

2.2粉綠狐尾藻先端分株的生長(zhǎng)

克隆整合(匍匐莖連接)、基質(zhì)淹埋及其交互作用顯著影響了粉綠狐尾藻先端分株的生長(zhǎng)(生物量、匍匐莖總長(zhǎng)和分枝數(shù))(表2). 基質(zhì)淹埋顯著降低了先端分株的各生長(zhǎng)指標(biāo)(表2和圖2D、E、F).

先端分株未被基質(zhì)淹埋時(shí)，克隆整合只顯著增加其匍匐莖總長(zhǎng)(圖2E)，并且有增加其生物量和分枝數(shù)的趨勢(shì)，但不顯著(圖2D、F). 而當(dāng)先端分株被基質(zhì)淹埋時(shí)，克隆整合顯著提升了粉綠狐尾藻的所有生長(zhǎng)指標(biāo)(圖2D、E、F). 此外，先端分株在基質(zhì)淹埋脅迫下，匍匐莖連接處理組生物量只下降了11.2%，而切斷處理組生物量下降了79.3%，表明克隆整合明顯緩解了粉綠狐尾藻的生長(zhǎng)脅迫.

2.3粉綠狐尾藻先端分株的生物量分配

粉綠狐尾藻先端分株冠根比受基質(zhì)淹埋(F1,20=11.68；P=0.02)和兩處理因素交互作用(F1,20=25.89；P<0.001)的顯著影響. 先端分株未被基質(zhì)淹埋時(shí)，匍匐莖連接對(duì)粉綠狐尾藻冠根比無(wú)顯著影響；而當(dāng)先端分株被基質(zhì)淹埋時(shí)，克隆整合顯著降低了粉綠狐尾藻先端分株的冠根比(圖3).

3　討論

圖2 匍匐莖連接或切斷的粉綠狐尾藻先端分株在基質(zhì)淹埋或不淹埋條件下的SOD活性(A)，POD活性(B)、CAT活性(C)、生物量(D)、匍匐莖總長(zhǎng)(E)和分枝數(shù)(F)(不同小寫(xiě)字母表示各處理間差異顯著(P<0.05)，下同)Fig.2　Activities of superoxide (A), peroxidase (B)， catalase (C)， biomss (D), stolon length (E) and branch number (F) of apical ramets of M. aquaticum, with stolon connections either connected to or severed from the basal ramets and subjected to sediment burial or not

圖3 匍匐莖連接或切斷的粉綠狐尾藻先端分株在基質(zhì)淹埋或不淹埋下的冠根比Fig.3　Shoot/root ratio of apical ramets of Myriophyllum aquaticum, with stolon connections either connected to or severed from the basal ramets and subjected to sediment burial or not

大量研究表明，克隆整合有助于環(huán)境脅迫下的克隆分株緩解脅迫作用對(duì)其生長(zhǎng)的不利影響[5,12-17]. 本實(shí)驗(yàn)中，無(wú)論匍匐莖連接與否，基質(zhì)淹埋都顯著降低了粉綠狐尾藻先端分株的生物量、總匍匐莖長(zhǎng)和分枝數(shù)，表明基質(zhì)淹埋對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生了脅迫. 這可能是由于基質(zhì)淹埋極大地減少了先端分株的光照和溶解氧等所必需的生長(zhǎng)資源，進(jìn)而抑制其正常生長(zhǎng)[1-3]. 然而，當(dāng)先端分株遭受基質(zhì)淹沒(méi)脅迫時(shí)，匍匐莖連接處理組生長(zhǎng)下降幅度遠(yuǎn)低于匍匐莖切斷組，這表明克隆整合有利于基質(zhì)淹埋環(huán)境下受脅迫分株的生長(zhǎng)和存活，這與已有的研究結(jié)果相吻合[3,5-7]. 以上結(jié)果很好地支持了我們的假設(shè)2，即克隆整合顯著增強(qiáng)受淹埋分株的生長(zhǎng)能力，從而提高其對(duì)基質(zhì)淹埋脅迫的耐受性. 與前人研究結(jié)果不同的是，本實(shí)驗(yàn)中所有先端分株全部存活，并無(wú)因淹埋脅迫而死亡的分株. 這可能和實(shí)驗(yàn)處理中基質(zhì)淹埋厚度較小(3 cm)以及實(shí)驗(yàn)前充分的生根適應(yīng)性培養(yǎng)有關(guān). 此外，與先端分株連接的基端分株生長(zhǎng)并未受基質(zhì)淹埋脅迫的顯著影響(數(shù)據(jù)未列出)，表明資源輸出并沒(méi)有影響供體分株的生長(zhǎng)，這與先前的一些研究結(jié)果一致[5,7,19,35]. 其可能的原因有以下兩點(diǎn)：1)由于基端分株的生長(zhǎng)條件較好，作為供體輸出的富余資源對(duì)其生長(zhǎng)影響不顯著；2)受脅迫先端分株對(duì)同化物的大量需求使之成為巨大的匯，刺激了基端分株光合效率的增強(qiáng)和補(bǔ)償性生長(zhǎng)[5,19]. 在不損耗供體分株生長(zhǎng)的條件下，粉綠狐尾藻的這種克隆整合策略能提升其在異質(zhì)性脅迫環(huán)境下的整體表現(xiàn)和適合度，從而有利于其開(kāi)拓各種不利生境，增強(qiáng)其在湖濱沿岸帶的存活、生長(zhǎng)能力和入侵性[15].

相比于切斷處理的對(duì)照，長(zhǎng)期(6周)基質(zhì)淹埋脅迫下切斷處理先端分株的SOD、POD和CAT酶活性都顯著下降(圖2A、B、C). 這與一些研究脅迫環(huán)境下植株的響應(yīng)結(jié)果相類似[19,36-37]，表明長(zhǎng)期的基質(zhì)淹埋脅迫造成粉綠狐尾藻分株的活性氧清除能力減弱，產(chǎn)生氧化脅迫，進(jìn)而抑制分株的生長(zhǎng)(與上述生長(zhǎng)響應(yīng)趨勢(shì)一致). 進(jìn)一步分析其原因，分株抗氧化酶活性的降低可能與H2O2的積累有關(guān)，而環(huán)境脅迫導(dǎo)致H2O2積累是一個(gè)較為普遍的現(xiàn)象，且高濃度的H2O2能直接抑制一些抗氧化酶活性[19,38]. 當(dāng)受基質(zhì)淹埋脅迫的分株連接未受脅迫的基端分株時(shí)，其分株的抗氧化酶活性顯著上升到未受基質(zhì)淹埋的水平(圖2A、B、C)，表明克隆整合顯著提高了受淹埋脅迫分株的清除氧自由基的能力，從而有利于其細(xì)胞內(nèi)活性氧濃度平衡的維持，進(jìn)而促進(jìn)分株的生長(zhǎng)，緩解基質(zhì)淹埋下的生長(zhǎng)脅迫[19,36]. 這一結(jié)果較好地支持了筆者的假設(shè)1. 究其原因，可能在于：得益于克隆整合作用，受脅迫分株可能得到基端分株的碳同化物及其他資源的支持，與抗氧化酶的合成和有關(guān)的物質(zhì)(如NAD(P)H)再生能力增強(qiáng)，從而導(dǎo)致抗氧化酶的合成再生能力提高，清除氧自由基的能力增強(qiáng)，進(jìn)而緩解因淹埋脅迫造成的氧化脅迫，分株的生長(zhǎng)和克隆繁殖能力得到增強(qiáng)[19].

克隆整合會(huì)顯著影響克隆植物在異質(zhì)性環(huán)境中的生物量分配，這一點(diǎn)在以往眾多研究中得到證實(shí)[13,15-16,23,39]. 本實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)先端分株遭受基質(zhì)淹沒(méi)脅迫時(shí)，匍匐莖連接處理的先端分株冠根比顯著低于切斷處理，即連接處理的分株將更多的生物量投資到地下部分，而切斷處理的分株則將更多的生物量投資到地上部分，這一結(jié)果支持筆者的假設(shè)3. 這可能是因?yàn)椋菏苎吐衩{迫的切斷處理分株表現(xiàn)得像非克隆植物一樣，將更多的生物量投入到地上部分以獲取更多因淹埋而極度缺乏的光照和溶解氧等資源而維持其正常生長(zhǎng)；而受淹埋脅迫的連接處理分株則體現(xiàn)了克隆植物勞動(dòng)分工現(xiàn)象，即其地下資源相對(duì)于因淹埋而造成地上資源的缺乏來(lái)說(shuō)更為豐富，因而分株將更多的生物量投入到地下部分以獲取更豐富的地下土壤養(yǎng)分等資源并與相連的分株共享，從而提高整個(gè)克隆分株系的表現(xiàn)[15-16,23]. 因此，當(dāng)粉綠狐尾藻部分分株遭受基質(zhì)淹埋脅迫時(shí)，克隆整合能改變受脅迫分株的生物量分配，從而通過(guò)更有效地獲取資源來(lái)提高整個(gè)克隆系的適合度. 以上結(jié)果表明，克隆整合有助于提高粉綠狐尾藻在異質(zhì)性脅迫環(huán)境下的資源獲取能力，進(jìn)而有利于提高其入侵性[15].

綜上所述，在分株部分遭受基質(zhì)淹埋的環(huán)境下，粉綠狐尾藻未受脅迫的分株能通過(guò)克隆整合作用給予受脅迫分株的必要資源支持，顯著增強(qiáng)其組織的抗氧化酶活性，提升其活性氧清除能力，進(jìn)而有利于分株生長(zhǎng)；能顯著提高受脅迫分株的生長(zhǎng)和克隆繁殖能力，并且不以顯著損耗基端未受脅迫的分株性能為代價(jià)，從而有助于整個(gè)克隆系的生長(zhǎng)和適合度的提升. 此外，克隆整合能改變受脅迫分株的生物量分配，使其更有效地獲取相對(duì)豐富的資源，進(jìn)一步提高克隆片段的適合度. 以上結(jié)果支持了筆者所提出的假設(shè)，表明在異質(zhì)性脅迫環(huán)境下，粉綠狐尾藻的入侵性與其克隆整合屬性密切相關(guān)[15,26]. 在湖濱沿岸帶，因洪水的沖刷作用所帶來(lái)的泥沙沉積物常常將濕地植物部分淹埋. 在這種異質(zhì)性環(huán)境脅迫條件下，粉綠狐尾藻的克隆分株能通過(guò)克隆整合以低成本策略(low-cost strategy)支持分株在脅迫環(huán)境的存活、生長(zhǎng)和克隆擴(kuò)散，而這種克隆屬整合性可能會(huì)增強(qiáng)其對(duì)非克隆植物或者克隆整合能力弱的克隆植物的競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而有利于提高其入侵性[5,15]. 因此，在引入外來(lái)水生植物前，植物的克隆整合屬性應(yīng)當(dāng)作為一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)納入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中以確保引入生物的安全性[15,40-41].

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Effects of clonal integration and simulated sediment burial on the growth and antioxidant system of the introduced aquatic plant Myriophyllum aquaticum

Lü Xiaoqian1,2& ZHANG Yinlong1,2**

(1:Co-InnovationCenterofSustainableForestryinSouthernChina,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,P.R.China)(2:CollegeofBiologyandEnvironment,NanjingForestryUniversity,Nanjing210037,P.R.China)

Many exotic invasive aquatic plants are clonal plants, but the investigations on the influence of clonal integration on the potential invasive effects of these plants are still limited. This study investigated clonal integration (stolon connection) and simulated sedimentation burial (3 cm sediment burial) on the growth, antioxidase activity and biomass allocation of the invasive aquatic macrophyte,Myriophyllumaquaticum, to explore the clonal integration effect on the tolerance mechanism of this species. We found that: sediment burial significantly reduced the final biomass, total stolon length and branch number, whereas these growth measures of the ramets buried by sediment were markedly improved by stolon connection. The antioxidase activities (superoxide dismutase, peroxidase and catalase) of the buried ramets were significantly lower than that in the control group, whereas those values were remarkably enhanced by clonal integration. Moreover, clonal integration significantly reduced the shoot/root ratio of those sediment buried ramets. The obtained results suggest that, under the stress of the sediment burial, clonal integration can enhance the reactive oxygen species scavenging ability ofM.aquaticumramets, thus improving their growth. Moreover, clonal integration can change the biomass allocation of the ramets, allowing them to acquire more abundant resources. Therefore, we conclude that the invasiveness of theM.aquaticummay be closely related to its clonal integration characteristic under heterogeneous environmental stresses.

Sediment burial; physiological integration; exotic plant; antioxidant enzyme; shoot/root ratio;Myriophyllumaquaticum

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2016， 28(3)： 616-623

10.18307/2016.0318

?2016 byJournalofLakeSciences

*江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目(PAPD)資助. 2015-08-17收稿；2015-12-05收修改稿. 呂曉倩(1987～)，女，博士研究生；E-mail：evan_qian@hotmail.com.

**通信作者；E-mail：ecoenvylz@163.com.