外来植物入侵的化感作用机制探讨

在最近的几十年,在全球范围内的外来植物入侵的频率达到了前所未有的水平,所以对其入侵机制的研究显得尤为重要。目前,已有几种假说从不同的侧面解释外来植物的成功入侵。本文在综述前人工作基础上,从化感作用的角度解释外来植物入侵,并给出解释模式。由于本土动植物对某些外来植物释放的化感物质比较敏感,外来植物可以利用它的“化学武器”与本土植物竞争,抵御植食性动物的取食和病源菌的感染,从而在与本土物种的相互干扰中占据优势,实现成功入侵。进一步从理论和应用的角度探讨了化感作用作为外来植物入侵的机制给我们的启示,并对今后这方面研究提出几点建议和看法。     

表型可塑性与外来植物的入侵能力

外来植物的入侵能力与其性状之间的关系是入侵生态学中的基本问题之一。成功的入侵种常常能占据多样化的生境,并以广幅的环境耐受性为特征。遗传分化(包括生态型分化)和表型可塑性是广布性物种适应变化、异质性生境的两种不同但并不矛盾和排斥的策略。越来越多的实验证据表明,表型可塑性具有确定的遗传基础,本身是一种可以独立进化的性状。许多入侵种遗传多样性比较低,但同时又占据了广阔的地理分布区和多样化的生境,表型可塑性可能在这些物种的入侵成功和随后的扩散中起到了关键作用。本文首先介绍表型可塑性的含义,简述表型可塑性和生物适应的关系,然后从理论分析和实验证据两个方面论述了表型可塑性与外来植物入侵能力的相关性,最后针对进一步的研究工作进行了讨论。当然,并非所有入侵种的成功都能归因于表型可塑性,作者认为对于那些遗传多样性比较低同时又占据多样化生境的入侵种,表型可塑性和入侵能力的正相关可能是一条普遍法则,而非特例。     

化感——外来入侵植物的“Novel Weapons”

综述了与外来植物入侵相关的理论假说。并主要介绍了从化感角度提出的“N ove lW eapons”假说(NW假说)。某些外来入侵植物能产生一些化学物质。这些物质可以发挥较强的化感作用,或者成为植物和土壤微生物之间相互作用的调节者。由于不同区域的植物群落共同进化的轨迹不同,被入侵群落的植物对这些化学物质缺乏适应性,因此,这些物质成为了外来种入侵的利器。而对外来种发源地的群落来说,由于长期的共存关系,这些物质对其伴生植物的影响相对较小。NW假说为化感作为外来植物入侵的一种机制奠定了理论基础,为外来入侵植物的防治提供了理论依据,但作为一种较新的理论假说,还需要更多的实验研究加以支持。     

广州外来入侵植物

根据野外调查及相关文献资料,初步探讨了广州市外来入侵植物的种类组成、分布生境、生长特性、危害以及来源.结果表明:广州市现有外来人侵植物73种,隶属于27科59属,其中菊科(19种)、禾本科(8种)、豆科(7种)和苋科(7种)植物占了入侵植物总种数的56.2%.生活型分析发现,在广州有分布的外来入侵植物中,陆生草本植物最多(58种),其次为灌木(10种)、水生草本(3种),乔木种类最少(2种),它们主要生长在人类干扰比较频繁的低海拔地区.另外,基于对外来入侵植物目前在野外的生长和分布状况等生态学特性进行分析,可大致将它们对本地生物多样性危害程度分为3级,其中危害严重的有11种,危害中等的有25种,危害较轻的有37种.从原产地分析来看,61种来自于热带美洲地区,占广州外来入侵植物总种数的83.6%.与国内其他地区外来入侵植物进行比较发现,广州和广西共有种数最多,有62种,然而,对已经造成严重危害的外来植物种类,在数量上广州与香港、深圳和广西相同种类较多,分别有8种、7种和6种.对广州市目前外来植物的入侵风险(潜在威胁)的评估结果表明,对一些在其它地区已经造成严重危害的外来植物,应当加强监控,防止入侵扩散并造成重大生态灾难.还对广州市外来植物入侵的主要途径及防治策略做了简要分析和说明.     

外来杂草入侵的化学机制

由外来杂草入侵引发的严重生态和经济问题已倍受关注,外来杂草在新生境成功入侵,除了具备一些基本的生物生态学特征外,还应具备一些特有的入侵机制,阐明外来杂草的各种入侵机制可以为入侵杂草的预测和控制提供科学依据。外来杂草只有在新生境中与原产地生物种间的相互作用中取得优势,才能定植并扩增种群而成功入侵．在这些外来杂草和原产地生物种间的相互作用关系中,化学关系是不可忽视的方面．目前研究已经证实：植物的化感作用在外来杂草成功入侵中发挥着重要的作用．事实上,植物也可以通过合成和释放特定的化学物质防御或抑制新生境的动物、植物和微生物．外来杂草入侵的化学机制涉及到植物化学生态学的各个方面。因此,外来杂草的化学生态学特征应作为入侵种预测的重要指标之一,外来杂草入侵的化学机制应是今后重要的研究方向。     

外来入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)对温度升高的响应

为探讨全球变化温度升高对外来入侵植物薇甘菊(Mikania micrantha)化感作用和入侵能力的影响,研究不同温度(22、26和30℃)处理对其种子萌发、幼苗生长、生物量分配、挥发物成分和化感作用的影响。结果表明,薇甘菊种子在温度为22、26和30℃时的萌发率分别为29.2%、52.4%和75.2%。30℃条件下薇甘菊种子萌发率最高,萌发速度快。温度升高显著增加薇甘菊茎的生长、增加对茎的生物量分配。GC-MS和GC测定显示,温度升高改变了薇甘菊挥发物的化学成分。同时,生物测定表明,温度升高增强薇甘菊挥发物对萝卜(Raphanus sativus)和油菜(Brassica campestris)的化感作用。说明温度升高促进了薇甘菊种子的萌发和生长,同时增强了该植物的化感作用,温度升高可能加速薇甘菊的生物入侵。     

红河流域的外来入侵植物

红河流域是中国生物多样性最为丰富的地区,植物区系起源古老,生态系统类型复杂多样.本文论述了红河流域外来入侵植物的现状,列举了73种红河流域外来入侵物的种类,对危害比较严重的紫茎泽兰、飞机草、马樱丹、肿柄菊、凤眼莲和空心莲子草6种植物作了具体介绍.对外来入侵植物的控制对策,入侵植物本身的生物学特性的研究、保护生物多样性和退化生态系统的恢复以及路域生态系统管理等几方面作了论述.结果表明,减少人类对生态系统的干扰和破坏,恢复本地植被是防止外来入侵植物入侵的有效途径.     

京津冀外来入侵植物

基于文献报道和分类学考证, 首次全面、系统而又完整地整理了京津冀近20年报道的46科141属210种外来入侵植物种类及信息。经过分析并校正分为国产种和入侵种两大类。国产种又包括一般国产种22科39属39种、国产逸生类9科13属13种、国产归化类3科3属4种、国产入侵类1科1属1种; 外来种包括实则在京津冀没有达到入侵的温室及露地栽培类8科9属9种、外来逸生类12科32属36种、外来归化类10科19属20种、外来有待观察类6科6属6种, 真正对京津冀构成入侵的外来植物20科48属82种。根据京津冀目前标本数目及采集时间、京津冀报道文献次数及具体内容描述, 结合国家入侵等级及京津冀部分地区的实地考察情况, 对82个入侵种进行入侵级别划分, 分析并讨论了京津冀外来入侵物种的组成、原产地、分布特征、生活型和入侵途径以及京津冀外来入侵植物的危害现状, 并提出防治及管理措施。     

南四湖湿地外来入侵植物

南四湖是我国重要的淡水湖泊湿地之一。为阐明南四湖湿地外来植物的现状及入侵规律, 为湿地生态系统的重建、生物多样性的保护和湿地资源开发等提供指导, 通过野外调查和参考有关文献资料, 对南四湖湿地外来植物进行了较为深入的研究, 并与青岛、昆嵛山、滨州沿海三地作了比较。结果表明, 南四湖湿地外来入侵植物有41种, 隶属19科35属; 以菊科和豆科为优势科; 外来入侵物种中热带来源与温带来源比例相当, 人为引入导致的外来入侵植物高达39%。南四湖与沿海三地相比, 沿海三地外来入侵植物的种类均比南四湖湿地多, 其中以经济最发达的青岛种类最多; 青岛外来入侵植物中有35种在南四湖湿地未发现; 南四湖湿地的特有外来入侵植物有5种, 体现出湿地外来入侵植物水生特性。群落相似性分析表明, Jaccard指数和Sorenson指数呈现的规律一致, 南四湖与滨州的相似性最高, 其次为昆嵛山, 与青岛的差异最大。通过分析南四湖湿地外来入侵植物种类和分布规律, 提出了相应的防治对策。     

南四湖湿地外来入侵植物

南四湖是我国重要的淡水湖泊湿地之一。为阐明南四湖湿地外来植物的现状及入侵规律,为湿地生态系统的重建、生物多样性的保护和湿地资源开发等提供指导,通过野外调查和参考有关文献资料,对南四湖湿地外来植物进行了较为深入的研究,并与青岛、昆嵛山、滨州沿海三地作了比较。结果表明,南四湖湿地外来入侵植物有41种,隶属19科35属;以菊科和豆科为优势科;外来入侵物种中热带来源与温带来源比例相当,人为引入导致的外来入侵植物高达39%。南四湖与沿海三地相比,沿海三地外来入侵植物的种类均比南四湖湿地多,其中以经济最发达的青岛种类最多;青岛外来入侵植物中有35种在南四湖湿地未发现;南四湖湿地的特有外来入侵植物有5种,体现出湿地外来入侵植物水生特性。群落相似性分析表明,Jaccard指数和Sorenson指数呈现的规律一致,南四湖与滨州的相似性最高,其次为昆嵛山,与青岛的差异最大。通过分析南四湖湿地外来入侵植物种类和分布规律,提出了相应的防治对策。     

云南入侵植物的生物学性状初步研究

该研究基于文献、数据库和标本记录等资料的查询,统计得出云南省入侵植物共247种,隶属51科149属。菊科、禾本科和豆科是优势科,超过一半的入侵植物起源于美洲,入侵植物的生物学性状主要体现为一年生或短期多年生草本的生活型、种子繁殖、分蘖型的克隆方式、花果期集中于夏秋两季、短花期、黄白的花色及具有表面结构和附属物的特殊性状等。按照云南省入侵植物分布的县(市、区)的数量、生物学性状、对环境的危害程度以及是否列入"世界100种危害最严重的入侵种名单"和是否列入"国家环保总局和中国科学院联合发布的四批中国外来入侵物种名单"5个指标进行赋值。把入侵植物分为四个风险等级,其中恶性入侵植物有18种。严重入侵植物有23种,一般入侵植物有188种,有待观察类有18种,恶性和严重入侵植物与云南全部入侵植物的主要生物学性状表征具有一致性。结合入侵植物的生物学性状特征和风险等级,及时开展对云南入侵植物的有效防控管理极为重要。     

基于竞争和扩散能力的非捕食-被捕食集合种群系统的竞争机制

对于非捕食 被捕食(食饵)生态系统,强弱物种之间存在一定的竞争影响.在不考虑栖息地毁坏的情况下,引进双向竞争机制,将Tilman的单向竞争模式推广为n集合种群双向竞争模型,并对6-集合种群的竞争动态进行了计算机模拟研究.结果表明,在平衡态,种群竞争共存的条件是其竞争能力与扩散能力呈现指数型负相关关系,竞争的结果使物种的强弱序列发生变化;物种竞争排除与共存受迁移扩散能力和竞争能力影响很大,在局域斑块上竞争排斥的集合种群在广域尺度上可以竞争共存,即逃亡共存.     

平潭无居民海岛外来入侵植物特征分析

【目的】摸清平潭无居民海岛外来入侵植物的现状,为海岛外来入侵植物防治及海岛植被修复等提供参考。【方法】采用样线法和样方法,开展平潭无居民海岛外来入侵植物的调查,对其科属组成、区系地理成分、植物功能性状特征、原产地和入侵等级等进行统计分析,并与其他海岛区域进行对比研究。【结果】平潭无居民海岛共有外来入侵植物15科26属30种,以菊科、苋科较为突出,科、属级地理成分都以热带成分为主。在植物功能性状方面,生活型、生长型均以一年生草本为主;叶以小型叶、纸质叶、叶被毛比重最大;果实及种子特征以微型的蒴果、瘦果、胞果为主。海岛外来入侵植物原产地主要为美洲;入侵方式多为人为或其他活动无意引入,且危害方式多样,破坏性强;繁殖方式以种子繁殖为主;8种外来入侵植物的出现频率≥27.78%;研究区外来入侵植物特征与其他海岛区域外来入侵植物特征具有一定相似性。【结论】平潭无居民海岛外来入侵植物种类较多、部分植物入侵性较强及出现频率较高等,建议继续开展平潭其他海岛外来入侵植物的本底调查,并有针对性地开展防治工作。     

基于功能性状的外来植物入侵预测模型框架构建

预测外来植物的潜在入侵性已成为生物多样性保护研究的重要内容,外来植物与乡土物种间的亲缘关系是预测外来植物能否成功入侵的一个重要途径。然而,达尔文归化难题却预测了两种截然不同的结果(即达尔文归化假说和预适应假说)。该研究解析了达尔文归化难题的内涵,提出了基于功能性状的外来植物与乡土群落间的相似性关系应该是进行外来植物入侵预测的重要切入点,而功能性状的种间分化与种内变异可能是外来植物成功入侵的两种不同生态策略。在此基础上,该研究还通过物种功能性状的多维超体积构建了外来植物与乡土群落间的相似性,提出了基于这种相似性的外来植物入侵预测的研究框架和基本流程。该模型框架的建立有助于理解外来植物的入侵机制,对外来植物的潜在入侵性预测提供了理论依据。当然,要实现外来植物能否成功入侵的准确预测,不仅依赖于功能性状的选择,还要考虑入侵的生境依赖性、空间尺度的重要性以及乡土群落的可入侵性等,未来的研究重点是通过控制实验对该模型进行验证和进一步完善。     

厦门市外来物种入侵现状及其风险评价指标体系

通过对厦门地区外来物种入侵状况的实地调查,对已有文献资料的查阅和专家咨询,整理了厦门市已入侵或值得警惕的外来植物名录。并从气候、土壤、植被生态群落结构、地貌特征、人为和自然干扰状况以及港口交通贸易等方面分析了厦门市外来生物入侵现状的原因。结合前人在外来生物入侵的风险评价方面的研究成果,针对厦门市的外来植物入侵现状,构建了适应厦门地区外来植物入侵风险评价指标体系框架,该指标体系由“移居与建群的可能性”、“危害与影响”和“预防与控制”3大部分,共计6个一级指标,17个二级指标构成。     

How do introduction characteristics influence the invasion success of Mediterranean alien plants?

Invasive plant species are becoming increasingly widespread following accelerated anthropogenic activity in the Mediterranean region. Humans have played a central role in the expansion process, and it is important to incorporate such considerations into management plans. Using generalized linear models, our first aim was to describe how the invasion success of 862 prominent alien plant species on Mediterranean islands is related to characteristics of the introduction process: introduction frequency, date and region of origin, range size and purpose of import. The importance of each was measured by the numbers of species present and their average invasiveness. The main findings were: (a) accidental imports and ornamentals accounted for a high proportion of all aliens, although neither group had particularly high average invasiveness; (b) introduction frequency had a comparatively modest influence, with the most commonly-introduced species naturalized only three times more widely than those rarely-introduced; (c) rates of species introduction appear to have increased dramatically in the last century, although aliens which have been present in the region for more than 200 years were most widespread, indicating that it may be centuries before some species fill their potential range; (d) there were small tendencies for successful invaders to originate in the Neotropics or in regions with Mediterranean climate biomes and to have large range sizes. Our second aim was to determine whether the number or average invasiveness of species introduced via a given pathway had the most influence on the overall probability of invasion on a given island. An elasticity analysis suggested that the number of species was substantially the best predictor of the two. This finding arises largely because invasion events are rare and remain unpredictable, and has significant implications for assessing invasion risk. We discuss how substantial sources of error and intrinsic variability in invasiveness within species groups limit the potential for developing accurate risk models.     

Environment and dispersal paths override life strategies and residence time in determining regional patterns of invasion by alien plants

We describe a novel dissimilarity framework to analyze spatial patterns of species diversity and illustrate it with alien plant invasions in Northern Portugal. We used this framework to test the hypothesis that patterns of alien invasive plant species richness and composition are differently affected by differences in climate, land use and landscape connectivity (i.e. Geographic distance as a proxy and vectorial objects that facilitate dispersal such as roads and rivers) between pairs of localities at the regional scale. We further evaluated possible effects of plant life strategies (Grime's C-S-R) and residence time. Each locality consisted of a 1 km² landscape mosaic in which all alien invasive species were recorded by visiting all habitat types.Multi-model inference revealed that dissimilarity in species richness is more influenced by environmental distance (particularly climate), whereas geographic distance (proxies for dispersal limitations) is more important to explain dissimilarity in species composition, with a prevailing role for ecotones and roads. However, only minor differences were found in the responses of the three C-S-R strategies. Some effect of residence time was found, but only for dissimilarity in species richness. Our results also indicated that environmental conditions (e.g. climate conditions) limit the number of alien species invading a given site, but that the presence of dispersal corridors determines the paths of invasion and therefore the pool of species reaching each site. As geographic distances (e.g. ecotones and roads) tend to explain invasion at our regional scale highlights the need to consider the management of alien invasions in the context of integrated landscape planning. Alien species management should include (but not be limited to) the mitigation of dispersal pathways along linear infrastructures. Our results therefore highlight potentially useful applications of the novel multimodel framework to the anticipation and management of plant invasions.     

外来入侵植物和本地植物核DNA C-值的比较及其与入侵性的关系

用流式细胞仪测定了8科10属13种外来入侵植物、6种本地植物和1种外来非入侵植物的核DNAC-值。结果表明:作为整体,外来入侵植物的平均核DNAC-值显著低于本地种和外来非入侵种,但对同属不同类型植物进行比较,未发现一致的规律;在4个既包含外来入侵种又包含本地种的属中,泽兰属(Eupatorium)和鬼针草属(Bidens)外来入侵种的核DNAC-值显著低于同属本地种,莲子草属(Alternanthera)的2种外来入侵植物中仅有1个种的核DNAC-值显著低于同属本地种,而草胡椒属(Peperomia)外来入侵种的核DNAC-值显著高于同属本地种;表明核DNAC-值与外来植物入侵性无必然联系。