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突破了目前的植物入侵理論和假說

 紫莖澤蘭

    近日，美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）在線發(fā)表了由中國(guó)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(jī)構(gòu)和細(xì)胞壁分配的進(jìn)化權(quán)衡》。該成果對(duì)認(rèn)識(shí)外來植物入侵機(jī)理及其防治有重要意義。
 
    在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院重大項(xiàng)目和云南省應(yīng)用基礎(chǔ)計(jì)劃項(xiàng)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(guó)蒙塔納大學(xué)、墨西哥國(guó)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(yàn)，在版納植物園比較研究了中國(guó)惡性外來入侵植物紫莖澤蘭入侵種群（中國(guó)和印度）和原產(chǎn)地種群（墨西哥）葉氮向細(xì)胞壁和光合機(jī)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(jī)構(gòu)和細(xì)胞壁），探討了氮分配進(jìn)化的生理生態(tài)學(xué)后果，而且對(duì)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(jī)理研究達(dá)到了一個(gè)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(dá)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(guó)云南省，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的傳播擴(kuò)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�物多樣性安全及農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)，是中國(guó)危害最嚴(yán)重的外來入侵種之一，在原國(guó)家環(huán)保總局首批公布的中國(guó)外來入侵物種名單上，紫莖澤蘭列首位。
 
    提高競(jìng)爭(zhēng)能力的進(jìn)化假說認(rèn)為，在入侵地進(jìn)化將使外來種失去對(duì)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(zhǎng)、生殖等過程，從而提高競(jìng)爭(zhēng)能力。然而，試圖證明該假說的研究只測(cè)生物量、種子量等表型性狀，未測(cè)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(zhǎng)等增加的機(jī)理。馮玉龍等認(rèn)為，氮的重新分配更重要，并證明外來種對(duì)入侵地特異天敵缺乏的進(jìn)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(jī)構(gòu)的分配比例，進(jìn)而提高資源捕獲能力和利用效率，促進(jìn)入侵。
 
    馮玉龍等發(fā)現(xiàn)，在他們?cè)O(shè)在云南的試驗(yàn)地上，與來自墨西哥的原產(chǎn)地種群相比，來自中國(guó)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(shí)，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(jī)構(gòu)。入侵種群?jiǎn)挝幻娣e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(duì)入侵地的專性天敵缺乏作出了進(jìn)化響應(yīng)，降低了對(duì)專性天敵的防御能力。與此同時(shí)，提高氮向光合機(jī)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(zhǎng)均比原產(chǎn)地種群快，促使入侵。