突破了目前的植物入侵理論和假說

 紫莖澤蘭

    近日，美國《國家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了由中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園等單位共同完成的科研成果《入侵植物氮向光合機構(gòu)和細(xì)胞壁分配的進化權(quán)衡》。該成果對認(rèn)識外來植物入侵機理及其防治有重要意義。
 
    在國家自然科學(xué)基金重點項目、中科院重大項目和云南省應(yīng)用基礎(chǔ)計劃項目等的支持下，版納植物園生物入侵生態(tài)學(xué)研究組研究員馮玉龍與美國蒙塔納大學(xué)、墨西哥國立自治大學(xué)和印度德里大學(xué)的科學(xué)家合作，利用同質(zhì)種植園試驗，在版納植物園比較研究了中國惡性外來入侵植物紫莖澤蘭入侵種群（中國和印度）和原產(chǎn)地種群（墨西哥）葉氮向細(xì)胞壁和光合機構(gòu)分配的差異，及其生理生態(tài)學(xué)后果。與已有研究相比，該成果不僅首次明確了“資源”（氮）及其分配部位（光合機構(gòu)和細(xì)胞壁），探討了氮分配進化的生理生態(tài)學(xué)后果，而且對理解專性天敵和廣譜天敵的作用及入侵植物的防治具有一定意義。審稿專家認(rèn)為，該研究使生物入侵機理研究達到了一個新的水平。
 
    紫莖澤蘭是菊科澤蘭屬多年生草本植物，原產(chǎn)墨西哥和哥斯達黎加一帶，作為觀賞植物被引種到其他地區(qū)后逸為野生，并迅速成為惡性入侵種。大約在20世紀(jì)40年代，紫莖澤蘭由中緬、中越邊境傳入我國云南省，經(jīng)過半個多世紀(jì)的傳播擴散，現(xiàn)已在云南、貴州、四川、廣西、西藏、湖北等省區(qū)廣泛分布。紫莖澤蘭的入侵嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)厣锒鄻有园踩稗r(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)，是中國危害最嚴(yán)重的外來入侵種之一，在原國家環(huán)?？偩质着嫉闹袊鈦砣肭治锓N名單上，紫莖澤蘭列首位。
 
    提高競爭能力的進化假說認(rèn)為，在入侵地進化將使外來種失去對原產(chǎn)地專性天敵的抗性，把原來用于維持抗性的“資源”（生物量和能量）用于生長、生殖等過程，從而提高競爭能力。然而，試圖證明該假說的研究只測生物量、種子量等表型性狀，未測定與資源捕獲能力和利用效率相關(guān)的功能性狀，不能說明導(dǎo)致入侵種群生長等增加的機理。馮玉龍等認(rèn)為，氮的重新分配更重要，并證明外來種對入侵地特異天敵缺乏的進化響應(yīng)可降低葉氮向防御系統(tǒng)的分配比例，提高葉氮向光合機構(gòu)的分配比例，進而提高資源捕獲能力和利用效率，促進入侵。
 
    馮玉龍等發(fā)現(xiàn)，在他們設(shè)在云南的試驗地上，與來自墨西哥的原產(chǎn)地種群相比，來自中國和印度的入侵種群開花晚、葉片寬，表明入侵種群的物候和葉片形態(tài)發(fā)生了遺傳變化。同時，入侵種群和原產(chǎn)地種群葉片總氮含量差異不顯著，但入侵種群降低了葉氮向細(xì)胞壁的分配比例，而把更多的氮分配到光合機構(gòu)。入侵種群單位面積的葉片重量顯著低于原產(chǎn)地種群，葉片變大，葉片密度和細(xì)胞壁蛋白質(zhì)含量降低，表明它對入侵地的專性天敵缺乏作出了進化響應(yīng)，降低了對專性天敵的防御能力。與此同時，提高氮向光合機構(gòu)的分配比例，導(dǎo)致其光合能力和光合氮利用效率提高，使入侵種群地莖和株高生長均比原產(chǎn)地種群快，促使入侵。