喜旱莲子草在青藏高原对模拟增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

气候变暖背景下植物可通过关键性状的表型可塑性来适应环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说预测定植到新环境中的入侵植物种群具有演化出更强表型可塑性的潜力。此前对可塑性进化的研究涵盖了外来植物性状对水分条件、光照变化、土壤养分、邻体根系以及天敌防御等的响应, 而较少有研究关注增温条件下植物重要性状的可塑性进化。已有的部分研究多集中在温带和热带地区, 而较少关注入侵植物在高寒地区对增温的响应; 且研究多集中在植物生长相关性状, 较少关注功能性状和防御性状。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草6个引入地(中国)种群和6个原产地(阿根廷)种群, 在西藏拉萨模拟全天增温2℃处理下的适合度性状、功能性状和防御性状的响应差异。结果表明: (1)高寒地区模拟全天增温显著提高了喜旱莲子草总生物量(+36.4%)、地上生物量(+34.5%)、贮藏根生物量(+51.4%)和毛根生物量(+33.6%), 降低了分枝强度(-19.8%)和比茎长(-30.2%); (2)模拟全天增温使引入地种群的比叶面积和黄酮含量增加, 而原产地种群则相反。这些结果表明高寒地区全天增温2℃对喜旱莲子草可能是一种有利条件。引入地种群的适合度性状对模拟全天增温2℃的响应比原产地种群更强, 而其光能利用相关性状和防御性状的响应可能提升了其在高寒地区的适合度。因此, 在未来全球气候变暖的背景下, 高寒地区温度升高可能更有利于喜旱莲子草引入地种群的定植和扩散。     

喜旱莲子草对模拟全天增温的可塑性: 引入地和原产地种群的比较

植物可以通过关键功能性状的表型可塑性来适应气候变暖背景下环境温度的增加。表型可塑性增强进化假说(evolution of increased phenotypic plasticity hypothesis)认为外来植物在引入地进化出了更强的表型可塑性。以往对该假说的验证多集中于外来植物对光照、水分、养分、邻体以及天敌等的可塑性进化, 而对增温条件下植物生长和功能性状可塑性进化的研究相对较少。仅有的几项研究多集中在温带地区, 且多集中于研究植物生长相关的性状, 而对植物的抗性和草食作用对增温的响应的关注相对较少。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)引入地(中国)和原产地(阿根廷)各8个种群的生物量、功能性状和草食作用在热带地区(广州市增城区)对模拟全天增温2℃的响应差异。结果表明: (1)模拟全天增温显著降低了喜旱莲子草总生物量(-7.8%)、贮藏根生物量(-12.8%)、分枝强度(-11.6%)和茎端取食率(-34.4%)。(2)模拟全天增温造成的引入地种群总生物量降低幅度大于原产地种群; 模拟全天增温使引入地种群的比茎长和茎端取食率降低, 而原产地种群则相反。(3)无论是否模拟全天增温, 引入地种群的贮藏根生物量(+31.5%)、分枝强度(+38.5%)、比茎长(+30.2%)、根冠比(+24.5%)和比叶面积(+20.0%)均高于原产地种群, 茎端取食率则低于原产地种群(-35.8%)。这些结果表明, 热带地区全天增温2℃对喜旱莲子草是一种胁迫; 引入地种群的生物量对模拟全天增温2℃的响应更强, 而其株形相关性状(比茎长)和草食作用(茎端取食率)对模拟全天增温的可塑性方向与原产地种群相反。由于引入地种群在热带地区模拟全天增温条件下生物量的下降和草食作用的增加明显高于原产地种群, 因此在未来全球气候变暖的背景下, 热带地区温度升高可能不利于喜旱莲子草种群多度的增加。     

喜旱莲子草原产地和入侵地种群的植物-土壤反馈差异

植物-土壤反馈是植物通过生长改变根际土壤环境,从而影响后续植物生长发育的生态学过程。入侵植物从原产地扩散到入侵地后,可能会经历植物本身的适应性进化而对土壤环境产生不同影响,从而使负向植物-土壤反馈降低,甚至转为正反馈。以往对入侵植物的植物-土壤反馈研究多集中于比较其与本地种、其他入侵种之间的差异,而较少关注入侵植物的入侵地种群和原产地种群在入侵地的差异。本研究采用同质园实验比较了喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵地(中国)和原产地(阿根廷)种群是否存在对入侵地土壤的植物-土壤反馈差异以及如何通过土壤微生物群落来影响反馈结果。结果表明:(1)喜旱莲子草入侵地种群的反馈表现为正,原产地种群表现为中性。(2)入侵地种群显著增加了土壤的细菌和真菌群落多样性,原产地种群与对照土壤无显著差异。这些结果表明,喜旱莲子草入侵地种群在扩散过程中,对土壤微生物群落的调节作用发生了改变,从而产生正向的植物-土壤反馈效应。     

中国外来陆生草本植物: 多样性和生态学特性

构建包含基本生物学和生态学信息的外来物种数据库不仅对理解生物入侵分布格局至关重要, 同时也是制定外来种管理策略和解释生物入侵过程的重要一步。作者在前人研究的基础上构建了中国外来陆生草本植物数据库, 共收集到中国外来陆生草本植物800种, 分属37目72科; 其中约有60%集中在菊科、豆科、仙人掌科、禾本科、十字花科等10个优势科。中国外来陆生草本植物主要来源于美洲(407种, 占总数的47%), 主要分布在南亚热带—热带区(46%, 密度为4种/10⁴km²), 其次为温带湿润区(26%, 密度约2种/10⁴km²)和亚热带区(23%, 密度约2种/10⁴km²), 旱—寒区(5%, 密度小于1种/10⁴km²)分布较少。从生活型上看, 以多年生 (293种, 40%)和一年生 (272种, 37%)为主; 而从生境类型来看, 约有一半(46%)分布于“高养分高干扰”类型的生境。约有80%的物种属有意引入, 因此有意引入是陆生外来草本植物进入中国的主要途径。近2个世纪来, 外来陆生草本植物进入中国的速度快速增加, 约90%的物种在这个时期进入; 而近半个世纪以来, 外来陆生草本植物进入中国的速度快速增长, 约60%的物种在这个时期进入中国。本文所提供的中国外来陆生草本植物的生物学和生态学特征, 可以为管理层制定外来种相关管理和控制策略提供参考信息。     

陆生生境中喜旱莲子草的生长模式

喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)原产南美洲, 后被引入到北美洲、大洋洲、东南亚和中国等地, 成为一个世界性的外来入侵种。对喜旱莲子草陆生种群的有效控制一直是一个难题。本文中通过种植实验建立了陆生生境中喜旱莲子草主枝长、生物量、叶面积和斑块面积等的生长模型。结果表明: (1)喜旱莲子草的主枝长、生物量、叶面积和斑块面积等均表现为指数式生长, 其日增长率(%)分别为4.28、11.27、11.59和8.67。(2)喜旱莲子草的地上重(x)－地下根茎重(y)的异速生长指数b约为3/4(01), 即总重和叶面积相对于主枝长呈二次幂增长, 由此可进一步推出总重和叶面积与斑块面积成正比; 生物量－叶面积的异速生长指数b约为1, 为等速生长(b＝1), 即单位生物量所支持的叶面积不随植株大小的变化而变化(冠层恒定性)。其叶面积比为88.24 cm²/g, 比叶面积为287.97 cm²/g。通过本研究期望对喜旱莲子草陆生局域斑块的生长进行预测, 同时为进一步建立其控制模型提供基础数据, 为制定经济有效的控制对策提供科学依据。     

冬季火烧与收割对互花米草地上部分生长与繁殖的影响

自1995年首次在崇明东滩发现互花米草(Spartinaalterniflora)以来,该外来种已在东滩扩张成为最具优势的植物之一。作为东滩常见的两种人为干扰,冬季火烧和收割可能会对互花米草的生长和繁殖有一定的促进作用,并可能进一步促进互花米草的入侵。因此,作者选择崇明东滩为实验地点,探讨冬季一次性火烧和收割以及相对高程对互花米草生长与繁殖的影响。结果表明:冬季火烧与收割能显著提高互花米草的植株密度和结穗率,显著降低其植株基部直径,即对其生长与繁殖有一定的促进作用,原因可能在于这两种干扰使其生境改变,光照条件得到改善;从Wilks’值的大小可看出,与相对高程相比,这两种干扰对互花米草生长繁殖的影响相对较小,而且这两种干扰对互花米草的影响差异不显著。上述结果表明,冬季火烧与收割将可能促进互花米草在东滩的入侵,有必要采取措施加以管理。     

覆膜栽培下春小麦种群的生长冗余与个体大小不整齐性的关系

 增加有效分蘖数被认为是提高小麦(Triticum aestivum)产量的重要方法之一,但是小麦种群在生长进程中也会形成大量的无效分蘖,存在“生长冗余”。研究了覆膜栽培对两个春小麦种群中无效分蘖比率和收获指数的影响,并从植物个体大小不整齐性和生活史策略的种群生态学角度探讨其影响机制。与露地对照相比,覆膜栽培能显著提高春小麦产量(+38.5%);产量的提高源于地上部分生物量（+44.7%）的显著增加。但是, 覆膜种群的繁殖分配（穗重/地上部分生物量,-5.2%）和收获指数(-4.5%)显著降低;在几个主要生     

喜旱莲子草对遮荫的可塑性反应:入侵地与原产地种群的比较

表型可塑性可能在外来植物的成功入侵和随后的扩散中起到至关重要的作用。一些研究者推测喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)入侵地种群可能比原产地种群对光强具有更强的可塑性反应。为了验证该假说,我们在正常光照和遮荫(30%正常光照)条件下研究了喜旱莲子草原产地(阿根廷)和入侵地(美国)种群在形态特征和生物量分配上是否存在显著差异。结果表明:(1)喜旱莲子草对光照强度具有很强的可塑性。在遮荫处理下,其根冠比和分枝生物量比显著降低,而比茎长和比叶面积显著增加;(2)原产地和入侵地喜旱莲子草的总生物量和比叶面积对遮荫的可塑性没有显著差异。入侵地种群的根冠比、分枝强度和比茎长的可塑性显著小于原产地种群;(3)无论在正常或低光照条件下,入侵地种群的根冠比(–20.8%)、分枝强度(–54.6%)、比茎长(–18.5%)和比叶面积(–8.6%)均显著低于原产地种群。这些结果表明,喜旱莲子草对光照强度具有很强的可塑性,这可能是该物种可以分布于从河岸带草丛到疏林灌丛等各种生境的主要原因;从原产地到入侵地,喜旱莲子草与耐阴性有关的性状对光照的可塑性显著降低,可能是该物种在入侵地能够形成单优势种群的主要原因。     

喜旱莲子草茎叶解剖结构从原产地到入侵地的变异式样

长期以来人们一直认为,外来种入侵及其危害是由于一个物种从原产地到入侵地其环境因子改变(如天敌压力的减弱等)而导致的。近年来,越来越多的研究者开始认识到,生物入侵过程实际上是一个现代人类活动影响下的物种的快速进化过程,生物入侵的进化遗传学已成为入侵生物学研究中最活跃的分支之一。作者比较了来自原产地(阿根廷)和入侵地(中国和美国)的喜旱莲子草(Alternantheraphiloxeroides)的11个种群在茎、叶解剖结构方面的变异式样,发现所研究的19个性状在原产地(阿根廷)和入侵地(中国和美国)的变异情况明显不同:在原产地种群中,共有9个性状指标存在显著差异,遗传率在49–89%之间,这9个性状是气孔密度、气孔指数、茎直径、髓腔直径、维管柱直径、皮层厚度、维管柱面积比、髓腔面积比和叶形指数;而在入侵地种群间,19个性状指标均无明显差异。这表明喜旱莲子草从原产地到入侵地其遗传多样性降低;入侵地喜旱莲子草种群间的形态变异主要为表型可塑性。根据19个形态指标对喜旱莲子草11个种群进行主成分分析和聚类,结果显示:所有入侵地种群和原产地的Ar1种群(SantaFé,59°49′W,29°16′S)聚为一类,原产地的Ar4(Tandil,59°03′W,37°11′S)单独聚为一类,原产地的其他4个种群聚为一类。表明Ar1种群可能与入侵中国的喜旱莲子草在基因型上更为接近。这一结果为进一步揭示喜旱莲子草入侵机理(如杂交适应性)和在原产地寻求对应天敌的生物防治工作提供了基础数据。     

膜脂过氧化作为扁桃品种抗寒性鉴定指标研究

研究不同低温胁迫下（３℃,一２℃和一ｌ０℃下分别处理０．５、３、６、９、ｌ２ｈ）扁桃离体叶片中ＭＤＡ含量、ＣＡＴ活性和类胡罗Ｌ素含量以及反映组织受伤害程度的膜透性变化和叶绿素降解间的关系,以探明膜脂过氧化在扁桃叶片低温伤害中的作用。３℃处理初期,ＣＡＴ活性、类胡罗卜素含量显著增加,叶片无明显伤害症状（水渍、黄化等）;一２Ｃ和一ｌ０℃下随处理时间的延长,叶片膜透性增大、叶绿素含量下降、ＭＤＡ积累增多;同时ＣＡＴ活性、类胡罗Ｌ素含量显著下降。ＭＤＡ含量的增加与组织受伤害程度（膜透性增加及叶绿素降解）及抗氧化系统（ＣＡＴ和类胡罗Ｌ素）水平下降之间具有极显著的相关性。以７个扁桃品种的田间越冬伤害指数及冬季所测枝条的ＬＴ５０代表植株的冬季抗寒性,以一５℃下处理４ｈ和８ｈ后所测叶片ＭＤＡ相对含量代表叶片的抗寒性,发现２者呈显著的相关性,表明ＭＤＡ可以作为鉴定扁桃品种抗寒性的指标。