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遗传分化和表型可塑性是生物适应异质环境的两种重要策略。环境异质性是一种普遍存在的现象,外来植物在到达新的分布区以后必须快速适应入侵地的异质性生境,从而实现成功入侵;因此成功的入侵种在分布区扩张过程中可能通过表型可塑性或(和)遗传分化等策略来适应新的生境。
互花米草(Spartina altrniflora)是一种生长于温带地区沿海湿地生态系统的多年生根茎类禾草,原产于北美东海岸,曾被有意或无意引种到北美西海岸、欧洲、新西兰北岛、中国沿海等地,现已成为一种世界性的入侵植物。我国由于海岸工程的需要于上世纪七十年代从美国东海岸引入互花米草,经过近30年的发展,该物种目前已成为我国沿海潮滩分布面积最广的外来盐沼植物,是我国危害最严重的16种外来入侵种之一。
为了研究互花米草在中国入侵区中的生活史特征的变异,本研究沿纬度梯度在南起广东(22°N)、北至天津(39°N)的沿海样带上采集了10个种群的样本,通过同质园实验比较了不同纬度来源种群在生活史和生长特性方面是否存在遗传分化,并平行设置高低两个水位处理以比较互花米草对不同高程生境条件的可塑性反应。
研究结果表明,互花米草植株高度的相对生长速率随纬度升高而趋于增加。在所研究的互花米草18个性状中有12个存在显著的种群间差异,其中盛花期时间表现出显著的纬度梯度变异:随着纬度的增加,盛花期时间提前,另外的11个性状有显著的种群间差异,但和纬度无显著相关性。同时,9个性状在不同水位处理之间存在显著差异;互花米草地上、地下和总生物量在高水位条件下均变大,首分蘖出现的日期也提前,生物量向杆、叶鞘、根状茎分配的比例也有所不同。
本文的研究结果表明,遗传分化可能是互花米草能够快速占据广阔分布区的重要原因之一,而表型可塑性可能在其占据小尺度上异质生境过程中具有重要作用。这两种机制的共同影响可能在互花米草的成功入侵中起着重要作用。