土著昆虫素毒蛾对入侵植物互花米草地理种群的选择性

外来植物入侵后会改变其对入侵地植食性昆虫的防御能力以应对入侵地生物环境的变化,因此,对土著昆虫防御能力变化的研究将有助于解释外来植物成功入侵的机制。互花米草(Spartina alterniflora)是广泛入侵中国东部沿海地区的外来植物,研究其入侵后对本地植食性昆虫的响应,可从一个侧面部分地回答其成功入侵的生态机制。利用Y型嗅觉仪,结合室内取食实验,我们比较了中国的土著昆虫素毒蛾(Laelia coenosa)对互花米草3个原产地种群和5个入侵地种群的选择偏好,这些种群分别来自美国的德克萨斯(Texas Point)、卡纳维拉尔国家海岸(Canaveral National Seashore)、佛罗里达大西洋大学(Florida Atlantic University),以及中国的唐海、天津、盐城、崇明、珠海。结果表明,虽然素毒蛾幼虫对互花米草不同地理种群叶片气味没有显著的选择偏好,但对原产地种群的取食相对选择系数显著高于入侵地种群,说明互花米草入侵地种群对素毒蛾的抵抗能力相对较强。这从某种层面上可以推测互花米草入侵中国东部沿海地区以后,其对植食性昆虫取食的防御能力有所增强,而这种能力将在一定程度上减少素毒蛾等入侵地植食动物对它的攻击。     

芦苇与入侵植物互花米草的光合特性比较

以上海崇明东滩湿地外来入侵植物互花米草与本地种芦苇为研究对象,对它们的光合特性进行了比较研究,结果表明:(1)与芦苇相比,互花米草具有更高的表观量子效率(AQY)、CO2羟化效率(CE)和最大净光合速率(pmax);(2)生长季节初期,互花米草午间时段的光合、气孔导度和蒸腾速率均高于芦苇,各指标与光、温的变化基本一致;(3)互花米草的净光合速率曲线呈“单峰”型,测定指标在强光合辐射、高温条件下迅速上升,芦苇则表现出明显的“午休”现象;(4)在生长季节初期(5月份)和活跃期(9月份),互花米草的净光合速率显著高于芦苇,而在生长季节后期(11月份)则低于芦苇。该项研究有利于解释互花米草生长迅速,生产力高,竞争性强的生理生态学特性。     

入侵植物互花米草——生物学、生态学及管理

近20余年来, 互花米草Spartina alterniflora Loisel.在我国沿海及河口滩涂快速扩散, 已成为我国海岸盐沼中最重要的入侵植物。本文介绍了互花米草的形态学、繁殖生物学、生物系统学、分布及全球范围内的入侵途径和历史, 探讨了互花米草与沿海滩涂非生物环境、生物环境之间的相互作用及人类活动在互花米草成功入侵中的作用, 并得出如下结论: 互花米草的成功入侵是在人类活动的影响下, 其入侵力(互花米草自身的生物学特性)与入侵生境的可入侵性(滩涂环境对入侵的抵抗力)相互作用的结果, 其入侵可能对被入侵地的自然环境、生物多样性、生态系统乃至经济生活带来一系列影响。最后, 提出对互花米草的控制只能通过早期预测并保持监控、一旦发现便及时根除的方法来进行。同时,我国应加强立法与相关知识的普及, 最大限度地降低互花米草乃至其他外来生物入侵的可能性。     

天然杂交与遗传渐渗对植物入侵性的影响

生物入侵给全球生态环境与社会经济都带来了严重危害, 对其入侵机制的研究非常重要。生物入侵是一个适应性进化的过程, 天然杂交与遗传渐渗可以改变外来物种对环境的适应性并提高其入侵能力, 使其进化成为入侵种。因此了解杂交-渐渗在促进生物入侵过程中的遗传作用, 将有助于我们采取有效措施来控制生物入侵及其危害。本文从杂交-渐渗对生物适应性进化和物种形成影响的角度, 阐明外来种如何通过杂交-渐渗在新的生境中改变其适应性、生存竞争能力和入侵能力。杂交-渐渗可以导致物种发生多倍体水平和同倍体水平的进化, 虽然二者的进化过程不尽相同, 但均能使杂种群体在遗传上产生较大变化, 进而影响杂种群体的适合度, 这一过程可能促使外来种在新的生境中的成功入侵进而转变为入侵种。随着转基因生物技术的迅速发展, 大量转基因作物进入环境释放和商品化种植, 具有特定功能的转基因可能通过杂交-渐渗进入野生近缘种群体, 也可能使之成为入侵性强的农田杂草, 带来难以预测的生态后果。总之, 生物入侵是一个复杂的进化和生态过程, 利用杂交-渐渗的理论来解释植物的入侵性, 仅从一个方面反映了入侵生物学的研究, 杂交-渐渗与其他理论的结合, 将从更深的层次来解释外来种的入侵机制。     

植物生活史型的划分及其相互转化

基于环境条件的变化,分析了植物在完成生活史过程中,营养生长、克隆生殖和有性生殖过程的权衡的结果直接导致的植物生活史型形成以及相互转化过程。根据胁迫和扰动程度将植物的生境划分为基本生境型、特殊过渡型和过渡型,其中过渡型(EDF)在自然界中具有普遍意义;与生境过渡型(EDF)相对应,植物形成的生活史型也为过渡生活史型(VCS),其基本型V、C和S以及特殊过渡型VC、VS和CS是其特例。植物的生活史型过渡型(VCS)具有普适性意义,在生境调控下的任一种植物生活史型均可表示为Vx1Cx2Sx3。植物生活史型的相互转化与其生境类型的相互转变是完全对应的,这种相互转化的过程和途径是复杂的,且具有可逆性的特点。     

大气CO_2浓度升高对植物-植食性昆虫的作用机制

大气二氧化碳浓度升高及其伴随的全球变暖引起国内外科学家的极大关注。CO2浓度升高主要通过改变植物的初级和次级代谢产物,影响以之为食的昆虫。本文结合作者近年来的研究成果,着重于以CO2浓度升高为作用因子,以植物和植食性昆虫的相互关系为对象,比较了咀嚼式口器昆虫与刺吸式口器昆虫对大气CO2浓度升高的响应特征,分析了不同取食类型昆虫-植物对大气CO2浓度升高的响应机制。     

两种入侵植物与三种本地植物根系特征的比较研究

以菊科2种入侵植物飞机草(Chromolaena odorata (L.)R. M. King & H. Rob)和紫茎泽兰( Eupatorium adenophorum Speng)以及生活型相似的3种本地植物异叶泽兰(Eupatorium heterophyllum DC.)、佩兰(Eupa-torium for...     

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。     

芦苇与外来植物互花米草在不同CO2浓度下的光合特性比较

以上海崇明东滩湿地外来植物互花米草与本地种芦苇为研究对象,对两者在不同CO2浓度条件下的光合/呼吸-CO2响应机制,光合作用进程及光合特性指标进行比较研究.结果表明：（1）随CO2浓度的增加,互花米草与芦苇的净光合速率增加,暗呼吸速率下降;（2）互花米草与芦苇的光合/呼吸-CO2响应机制不同,互花米草表现出更高的表观羧化效率（CE）和暗呼吸速率（R）;（3）互花米草的净光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）及蒸腾速率（Tr）在400μmol/mol CO2浓度下均高于芦苇,在1000μmol/molCO2浓度下则显著下降,表现出对设定环境因子和高CO2浓度胁迫的光合生理响应.本项研究通过对入侵植物互花米草与本地种芦苇的在特定时间段内的光合特性比较研究,将有助于揭示互花米草和芦苇的CO2-光合适应机制,为解释互花米草生长迅速,生产力高,竞争性强的生理生态学特性提供实验依据.     

红火蚁及其与蚜虫互作对绿豆植株上昆虫访花的影响

红火蚁Solenopsis invicta Buren是一种重要的入侵物种,它对农业生产的影响是其危害的表现之一。为了揭示红火蚁入侵及其与蚜虫互作对绿豆Vigna radiata植株上访花昆虫的影响,本研究采用田间试验调查了红火蚁的入侵及其与蚜虫互作对绿豆植株上访花昆虫的影响。结果表明:当无蚜虫存在时,在红火蚁入侵区与对照区内,绿豆植株上的主要访花昆虫种类数差异不显著,在入侵区内,小黑蝇日观察数量降低了68.1%;当有蚜虫存在时,与对照区相比,绿豆植株的访花昆虫种类数显著降低了20.4%;小黑蝇日观察数量降低了60.2%,爪哇摇蚊的日观察量比对照区减少了61.5%。因此,研究结果明确了红火蚁与蚜虫互惠对绿豆植株上访花昆虫产生一定的影响。     

外来种互花米草和土著种芦苇空中凋落物氮动态的比较研究

土壤氮含量是限制植物生长的重要因素, 所以入侵植物要入侵成功必须突破土壤氮限制的瓶颈。近年来, 外来种互花米草(Spartina alterniflora)在中国海岸带盐沼中快速取代土著种芦苇(Phragmites australis), 引起了多方面的生态学后果。为了解互花米草与本地种芦苇空中凋落物的氮含量是否存在差异及产生这种差异的机制, 2003年11月至2004年4月, 作者在长江口九段沙湿地对互花米草与芦苇空中凋落物氮含量(单位面积凋落物的总氮量, N g/m²)进行了测定, 结果表明互花米草的氮含量比芦苇高。在空中分解过程中, 互花米草茎(包括叶鞘与秆)凋落物的氮含量显著上升, 但芦苇茎凋落物的氮含量显著降低。2006年1月, 又对中国海岸带6个地点的盐沼中互花米草的凋落物进行取样和氮浓度测定, 发现互花米草空中叶鞘与秆的老凋落物(2004年冬季产生)的氮浓度均显著高于其新产生的凋落物(2005年冬季产生), 表明在空中分解过程中, 互花米草叶鞘与秆凋落物氮含量增加具有普遍性。进一步的温室受控实验结果表明, 互花米草凋落物氮含量增加可能是由腐生固氮微生物引起的。以上结果表明,互花米草取代芦苇后, 改变了空中凋落物的氮动态, 增加了生态系统中氮的输入, 可能有利于互花米草的快速扩张。     

入侵植物加拿大一枝黄花与乡土植物芦苇的相互化感作用

以加拿大一枝黄花和芦苇的共优群落和各自单优群落的种子为化感受体,分析其分别在加拿大一枝黄花和芦苇5个浓度梯度(12.5、25、50、100和200mg·mL-1)浸提液处理下的发芽率和芽长差异,研究2种植物的相互化感作用规律.结果表明:2种植物在共优群落中的千粒重和蒸馏水培养下的发芽率均比单优群落大.加拿大一枝黄花的浸提液对自身种子发芽率在单优和共优群落中均具有在低浓度下(12.5、25 mg·mL-1)轻微促进、中高浓度下(50、100和200mg·mL-1)强烈抑制的作用,其中对共优群落种子的抑制作用尤为显著;而芦苇浸提液对加拿大一枝黄花种子的影响无明显规律.加拿大一枝黄花的种子芽长在单优和共优群落中均随自身浸提液浓度的升高趋于减小,随芦苇浸提液浓度的升高呈波动减小趋势.在芦苇和加拿大一枝黄花浸提液处理下,芦苇种子发芽率在单优群落中均显著大于共优群落(P＜0.05),但2种浸提液处理间无显著差异.     

三种盐胁迫对互花米草和芦苇光合作用的影响

互花米草(Spartina alterniflora)的入侵给海岸带盐沼生态系统的结构和功能带来了显著影响。互花米草盐沼中的硫含量高于附近的土著芦苇(Phragmites australis)盐沼。为探讨硫元素对互花米草和芦苇竞争过程的可能影响及其作用机制, 以50 mmol·L^-1的Na₂SO₄和Na₂S对互花米草和芦苇进行处理, 分析处理前后5天内两种植物光合气体交换和叶绿素荧光指标变化的差异, 实验另设等Na⁺浓度的NaCl处理作为比较。研究发现: Na₂S对互花米草和芦苇光合作用影响的差异最大, NaCl次之, Na₂SO₄最小。Na₂S处理后, 互花米草净光合速率(P_n)出现显著上升, 芦苇P_n值大幅度下降。互花米草的光饱和点(I_sat)上升而芦苇的I_sat值无变化。表明Na₂S处理对互花米草的光合能力有促进作用, 但对芦苇的光合能力有抑制作用。NaCl处理后互花米草P_n值也出现小幅上升, 而芦苇P_n值略有下降。Na₂SO₄处理对互花米草和芦苇的P_n值均无显著影响。除Na₂SO₄处理的互花米草外, 不同盐处理后的互花米草和芦苇非光化学淬灭(NPQ)均出现上升趋势。研究结果表明互花米草对环境硫胁迫的适应能力显著高于芦苇, 暗示盐沼高硫环境尤其是硫化物有助于互花米草相对于芦苇的竞争, 也很可能是其形成单一植被的重要原因之一。     

三种盐胁迫对互花米草和芦苇光合作用的影响北大核心CSCD

互花米草(Spartina alterniflora)的入侵给海岸带盐沼生态系统的结构和功能带来了显著影响。互花米草盐沼中的硫含量高于附近的土著芦苇(Phragmites australis)盐沼。为探讨硫元素对互花米草和芦苇竞争过程的可能影响及其作用机制,以50mmol·L–1的Na2SO4和Na2S对互花米草和芦苇进行处理,分析处理前后5天内两种植物光合气体交换和叶绿素荧光指标变化的差异,实验另设等Na+浓度的Na Cl处理作为比较。研究发现:Na2S对互花米草和芦苇光合作用影响的差异最大,Na Cl次之,Na2SO4最小。Na2S处理后,互花米草净光合速率(Pn)出现显著上升,芦苇Pn值大幅度下降。互花米草的光饱和点(Isat)上升而芦苇的Isat值无变化。表明Na2S处理对互花米草的光合能力有促进作用,但对芦苇的光合能力有抑制作用。Na Cl处理后互花米草Pn值也出现小幅上升,而芦苇Pn值略有下降。Na2SO4处理对互花米草和芦苇的Pn值均无显著影响。除Na2SO4处理的互花米草外,不同盐处理后的互花米草和芦苇非光化学淬灭(NPQ)均出现上升趋势。研究结果表明互花米草对环境硫胁迫的适应能力显著高于芦苇,暗示盐沼高硫环境尤其是硫化物有助于互花米草相对于芦苇的竞争,也很可能是其形成单一植被的重要原因之一。     

Geographical variation in germination traits of the salt-marsh cordgrass Spartina alterniflora in its invasive and native ranges

入侵地和原产地盐沼植物互花米草种子萌发性状的地理变异 种子萌发是植物早期生活史中最重要的阶段,决定了植物的生态位和地理分布范围,对外来植物的入侵潜力有重要影响。盐沼植物互花米草(Spartina alterniflora)在中国沿海滩涂的入侵范围最大,并已入侵到比原产地更低的纬度范围,这为我们研究互花米草在不同地理区域之间以及沿纬度梯度的萌发性状差异和适应提供了契机。在控温培养箱中淡水培养条件下,我们比较研究了来自入侵地(19°–40° N)10 个地点和原产地(27°–43° N)16个地点不同纬度互花米草种群的种子萌发性状差异,以及这种差异与各种 群来源地潮差和气候因素的相关性。原产地互花米草种群种子的萌发率和萌发指数比入侵地种群分别高10%和20%,但入侵地互花米草种群的萌发速度比原产地快3 d。入侵地互花米草种群的萌发率和萌发 指数随着纬度升高呈现线性递增的变化趋势,而原产地呈现线性递减的变化趋势。入侵地和原产地互花米草种群的平均萌发时间都与纬度呈现线性负相关。入侵地互花米草种群的萌发率和萌发指数与年日均温、年日最低均温、和年日最高均温呈现负相关,而在原产地呈现相反的相关关系。入侵地和原产地互花米草种群的平均萌发时间分别与年日均温、年日最低均温和年日最高均温呈现正相关关系。我们的研究结果表明,入侵地和原产地互花米草种群的萌发率和萌发指数已沿纬度进化出不同的渐变群格局,但平均萌发时间进化出与原产地一致的纬度渐变群格局,即在生物入侵过程中沿纬度梯度种子萌发策略会随着入侵时间和过程而发生变化。     

芦苇、互花米草的生长和繁殖对盐分胁迫的响应

对2种海滨植物——土著种芦苇(Phragmites australis)和外来种互花米草(Sparti-na alterniflora)在淡水、中盐度(15‰)和高盐度(30‰)环境下生长和有性繁殖特征及其年际动态进行了研究,以期探索海滨植物对盐分胁迫的适应机制。结果表明:2年中各盐度处理下互花米草地上部分生物量均高于芦苇,芦苇和互花米草地上部分生物量、株高和分蘖数均随着盐度的升高而显著下降。芦苇第1年没有开花;第2年,只有淡水和中盐度处理下的芦苇开花。各盐分梯度下,第1年互花米草的开花株数没有显著差异,但花序重量在高盐度条件下显著下降;第2年高盐胁迫仍然抑制了互花米草的繁殖。第1年各处理下的芦苇株高均低于互花米草,但第2年淡水和中盐环境中的芦苇株高高于互花米草。除了高盐处理下的芦苇,第2年这2种植物地上部分生物量、株高、开花株数、花序重量显著高于第1年。与芦苇相比,互花米草表现出较高的生长能力和耐盐能力;2种植物的生长和繁殖的能力随着定居时间的增加而提高,但高盐胁迫抑制了芦苇第2年的增长;芦苇第2年在淡水和中盐度条件下表现出株高上的优势。     

Plant nutrient dynamics and stoichiometric homeostasis of invasive species Spartina alterniflora and native Cyperus malaccensis var. brevifolius in the Minjiang River estuarine wetlands

Aims Stoichiometric homeostasis is an important mechanism in maintaining ecosystem structure, function, and stability. The invasion of exotic species, Spartina alterniflora, has largely threatened the structure and function of native ecosystems in the Minjiang River estuarine wetland. However, how S. alterniflora invasion affect plant stoichiometric homeostasis is largely unknown. This could enhance our understanding on wetland ecosystem stability and expand the applications of ecological stoichiometry theory.
Methods Nitrogen (N) and phosphorus (P) contents of plant organs and soils in the S. alterniflora, Cyperus malaccensis var. brevifolius, and S. alterniflora-C. malaccensis var. brevifolius mixture were measured, and the homeostatic index (H) was calculated according to the stoichiometric homeostasis theory.
Important findings Our results showed that the invasion of S. alterniflora significantly increased soil N:P ratio (p < 0.05), but did not affect soil N or P contents. The N and P contents of leaf and stem were the highest for S. alterniflora, and those of the stem were the highest for C. malaccensis var. brevifolius. At the ecosystem level, the average of homeostatic index (H) of N (H_N, 25.31) was larger than those of P (H_P, 10.33) and N:P (H_N:P, 2.50). At the organ level, root H_N was significantly larger than stem H_N (p < 0.05) and sheath H_N:P was greater than root H_N:P (p < 0.05), while there was no significant difference for H_P among root, stem, leaf, and sheath (p > 0.05). As for species, root H_N of S. alterniflora was significantly larger than that of C. malaccensis var. brevifolius in the mixture community (p < 0.05). In the monoculture, stem H_N:P of S. alterniflora was significantly higher than that of C. malaccensis var. brevifolius (p < 0.05). Furthermore, root H_N, leaf H_N and sheath H_N of S. alterniflora in the mixed community was significantly larger than that of S. alterniflora in the monoculture (p < 0.05), suggesting that S. alterniflora invasions increased their stoichiometric homeostasis. Meanwhile, the stoichiometric homeostasis of invasive and native plants were influenced by multiple factors, such as nutrients, organs, vegetation, and invasion. However, larger homeostasis was found in S. alterniflora than in C. malaccensis var. brevifolius in some particular organs either in mixture or monoculture communities. Therefore, the successful invasion of S. alterniflora may result from higher homeostatic index than the native species, C. malaccensis var. brevifolius.