外来入侵植物飞机草的快速进化

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当前,外来物种入侵已成为一个全球性问题,成为威胁生物多样性和生态环境的一个重要因素。了解外来植物的入侵机制是有效控制其入侵的前提。“增强竞争能力的进化(EICA)”假说是目前解释外来植物入侵机理最有影响力的理论之一。该假说认为外来物种逃脱了原产地专性天敌的控制后,进化将使外来种失去其对专性天敌的抗性,并把原来用于维持抗性的资源用于生长、生殖等过程,从而增强其竞争力,提高入侵能力。飞机草(Chromolaena odorata)是我国热带和亚热带地区危害严重的一种外来入侵植物。本文分别在飞机草的原产地墨西哥和入侵地中国开展了5个和1个同质种植园实验,并结合野外调查的方法来验证飞机草到达入侵地后,是否对当地生物和非生物环境发生了快速进化响应。主要研究结果如下:  1.飞机草入侵种群的叶片和株型特征对入侵地的年均降水和温度等环境因素做出了适应性进化响应,但对生物因素的适应性进化更为重要。  2.飞机草入侵种群比原产地种群具有高的竞争力和低的防御地上天敌的能力,与EICA假说一致。但单种时,入侵种群生物量并不高于原产地种群,说明其高的竞争力与生物量无关。与EICA假说相反,飞机草入侵种群抵御地下天敌的能力高于原产地种群。地上天敌对飞机草原产地和入侵地种群的表现都无显著影响,而地下天敌能够显著降低飞机草原产地种群的表现。入侵种群高的抵御地下天敌的能力可能与其根系分泌较多的化感物质有关,因为很多化感物质同时也能够有效的抵御地下天敌。  3.中国地区的物种对飞机草化感物质的敏感程度高于墨西哥地区的物种,长期选择性进化导致了飞机草入侵种群的化感效应也确实强于原产地种群。在入侵地,飞机草可能将更多的物质和能量投入到产生化感物质,而不是增加生物量。野外调查数据也从另一方面证明了飞机草入侵种群可能比原产地种群具有更强的化感作用。  4.飞机草原产地墨西哥的本地种的竞争能力强于入侵地中国的本地种,墨西哥的本地种对飞机草入侵种群和原产地种群的竞争影响显著高于中国本地种,原产地和入侵地植物群落结构和物种组成的差异可能也是飞机草入侵的原因之一。  5.与其它几个实验结果不同,在高密度种植条件下,飞机草入侵种群的生物量、株高等显著高于原产地种群。可能是因为在高密度条件下,飞机草入侵种群高的抵御地下天敌的能力优势更明显,也可能是因为飞机草入侵种群在入侵地通常是高密度分布,已经进化出了适应高密度生长的一系列生理及形态特征。  本文的结果表明先天的竞争优势、原产地和入侵地的生物地理学差异、进化增强竞争能力以及化感作用可能共同促进了飞机草的入侵。同时本文也发现竞争力和防御力之间的关系非常复杂,并不是简单的权衡关系。不同物种在不同环境下竞争力和防御力之间的关系可能并不一致。
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