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title: 外来入侵植物飞机草对非生物环境和天敌逃逸的适应性响应
author: 廖志勇
Issued Date: 2003-1
Abstract: 进化假说是目前解释外来生物入侵机制的重要理论之一。该假说认为,外来种被引入到新的生境中后,由于对生境中新的生物(如天敌)及非生物环境(温度、水分、养分等)的进化响应而入侵成功。然而,对该假说的验证在方法上还存在一些问题。针对这些问题,本研究以飞机草入侵地15个和原产地13个种群为材料,在入侵地开展一系列同质种植园实验及广谱天敌选择性取食实验,比较飞机草入侵种群与原产地种群植株生长、繁殖、天敌防御能力的差异,分析飞机草是否对生境中天敌、水分和养分等环境因子发生了适应性进化响应及其响应的机制。主要的结果有: 在同质种植园内环境降水及排除50%降水条件下,比较了飞机草入侵地种群和原产地种群叶片性状、物候、生长、繁殖和生物量分配等参数的差异。在环境降水条件下,与原产地种群相比,飞机草入侵地种群叶片更长、更宽,单个叶片鲜重及干重更高,叶片上表皮毛密度、下表皮毛密度、腺鳞密度和叶碳含量更高,叶氮含量更低;飞机草入侵地种群始花时间更早,始花到盛花期持续的时间更长,植株越冬后有更高数量的主干节及侧枝枯萎;飞机草入侵地种群总分枝数和支持结构生物量分数更低,花序生物量分数更高。在排除50%降水时,与原产地种群相比,飞机草入侵地种群总分枝数、支持结构生物量分数仍然更低,花序生物量分数更高。用环境降水条件下17个性状对飞机草原产地和入侵地种群进行聚类,结果表明,入侵亚洲地区的飞机草种群与来自佛罗里达和特立尼达的种群最相似,暗示两地飞机草可能是入侵亚洲飞机草的祖先。将飞机草入侵地种群与原产地可能的祖先种群比较后发现,入侵地种群上表皮毛密度、下表皮毛密度、腺鳞密度和叶碳含量更高,支持结构生物量分数更低,表明飞机草入侵地种群上述性状可能发生了适应性进化。在同质种植园内环境降水及排除50%降水条件下,分析了飞机草入侵地种群和原产地种群叶片性状、物候、生长、繁殖等参数与原生境中月均最低温度、水分状况间的关系。在环境降水条件下,飞机草原产地种群分枝数、叶片长度、宽度、单叶鲜重、单叶干重、主干节及侧枝枯萎等特征与原生境中月均最低温度的均值显著相关,具有明显的渐变群格局,而入侵地种群则没有表现出明显的温度渐变群格局。随着原生境中水分亏缺减缓,飞机草原产地种群植株支持结构生物量分数降低,但花序生物量分数及花序生物量都增加,表现出对原生境中低水分亏缺的适应性特征。与原产地种群不同,随着原生境中水分亏缺加剧,飞机草入侵地种群花序数、花序生物量、地上生物量、花序生物量分数逐渐增加,叶生物量分数逐渐降低,表现出对干旱生境的局域适应。将飞机草原产地和入侵地来自不同水分状况飞机草种群在不同水分处理下比较发现,飞机草原产地种群和入侵地种群可能通过遗传分化和表型可塑性共同作用适应生境中的水分环境。飞机草入侵地种群间表型分化可能是引入后快速进化的结果。使用同质种植园实验和选择性取食实验比较了飞机草入侵地种群和原产地种群植株耐性及其对3种广谱天敌抗性的差异。结果发现,飞机草入侵地种群较原产地种群有更高的广谱天敌抗性;高的广谱天敌抗性可能与高的叶碳含量、叶片表皮毛密度、叶片腺鳞密度、低的叶氮含量和叶片含水率有关。飞机草入侵地种群对模拟取食的耐性更强,耐性存在成本,入侵种群的耐性成本低于原产地种群,有利于飞机草的入侵。与原产地可能的祖先种群相比,飞机草入侵地种群对3种广谱性天敌的抗性及相关的抗性指标仍然更高,表明飞机草入侵种群高的广谱性天敌抗性是进化的结果。 在同质种植园不同土壤养分条件下,比较了飞机草入侵地和原产地各8个种群的竞争力与天敌防御性状的差异。结果表明,飞机草入侵地和原产地种群间竞争能力、天敌防御性状差异受土壤养分影响;低养分下,飞机草入侵地种群竞争能力更低,而随着养分升高,飞机草入侵地种群竞争力与原产地种群差异消失。飞机草入侵地种群与原产地种群根冠比的差异(前者更低)可能是导致二者竞争力差异在不同养分下不同的主要原因。本研究结果表明,入侵亚洲地区的飞机草可能来源为佛罗里达和特立尼达。飞机草对原生境中环境温度和水分状况做出了适应性响应,入侵地飞机草可能通过遗传分化和表型可塑性适应不同生境中的水分状况。飞机草入侵地种群对广谱天敌抗性和地上部刈割的耐性高于原产地种群,这可能与其对入侵地天敌组成变化(有广谱天敌,无专性天敌)及高干扰环境做出的适应性进化有关。飞机草入侵地种群根生物量分数低于原产地种群,这可能是其对新生境中高养分可利用性进化响应的结果,生物量分配模式的变化较好地解释了,养分水平对两地种群竞争能力差异的影响。
Degree Level: 博士
Appears in Collections:西双版纳热带植物园毕业生学位论文_学位论文

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Recommended Citation:
廖志勇. 外来入侵植物飞机草对非生物环境和天敌逃逸的适应性响应[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2003.
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