入侵种喜旱莲子草防御策略及资源利用效率的进化

论文摘要

·研究背景和方法：外来物种在进入新的地区后往往面临新的生物和非生物条件,从而出现一系列适应性进化。“竞争能力增强进化假说”（Evolution of Increased Competitive Ability, EICA）预测,由于外来植物在入侵地缺少天敌尤其是专化天敌,因此可能降低防御投入,进而把原来用于防御的资源用于生长、繁殖等过程,从而提高竞争能力。“氮分配进化假说”则进一步指出,氮在光合系统和防御之间的分配存在权衡。在入侵地由于天敌释放,氮更多地分配到光合系统提高光合氮利用效率（Photosythetic Nitrogen Use Efficiency, PNUE）和光合能量利用效率（Photosythetic Energy Use Efficiency, PEUE）,进而提高光合能力,而不是分配到细胞壁用于结构性防御。“转换防御假说”（Shifting Defence Hypothesis, SDH）则认为,外来植物入侵种会经历食草作用格局的改变,即从专化-泛化天敌并存到逃逸与其协同进化的专化天敌,但又面临新的泛化天敌的取食,因此其防御系统会出现由“兼顾抵御专化-泛化天敌”到以“抵御泛化天敌为主”的适应性进化。之前研究也表明,高的资源获取和利用效率有助于入侵。目前,利用一种入侵植物同时开展针对上述假说的验证实验还未见报道。我们通过在同质园下比较原产地（阿根廷）和入侵地（美国）喜旱莲子草种群生长、防御和资源利用效率等性状的差异来验证上述假说。·主要结果和结论：（1）入侵地种群的生物量显著增加（+15%）,根冠比显著下降（-18%）；（2）入侵地种群的比茎长（主要的防御蛀茎类专化天敌的性状）显著降低（-25%）,但是主要的防御泛化天敌的性状,如三萜皂苷含量（+34%）和叶毛密度（+149%）显著提高,而比叶面积显著降低（-13%）；（3）入侵地种群叶片构造价显著下降（-5%）,光合能量利用效率显著降低（-4%）,但是最大净光合速率、光合氮利用效率和水分利用效率无显著差异。这些结果表明,入侵地喜旱莲子草的个体生物量增加,对专化天敌的防御投入降低,这符合EICA假说的预测。同时,对泛化天敌的防御投入显著提高,因此也符合“转换防御假说”的预测。但是,喜早莲子草入侵地种群并没有高的资源获取能力和利用效率,这些特征并不一定伴随着成功入侵。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 外来种和生物入侵
• 1.2 生物入侵生态学的发展
• 1.3 外来入侵物种的快速进化
• 1.3.1 天敌释放假说
• 1.3.2 竞争能力增强进化假说
• 1.3.3 资源-天敌释放假说
• 1.3.4 转换防御假说
• 1.3.5 氮分配进化假说
• 1.4 本研究目的、内容和意义
• 第二章 材料与方法
• 2.1 喜旱莲子草及其天敌昆虫
• 2.2 同质园实验
• 2.3 测定指标
• 2.3.1 生长相关指标
• 2.3.2 防御指标
• 2.3.3 资源获取和利用效率相关指标
• 2.4 数据处理
• 第三章 结果
• 3.1 原产地与入侵地种群的生长差异
• 3.2 原产地与入侵地种群防御性状的差异
• 3.3 原产地与入侵地种群资源获取和能量利用效率的差异
• 第四章 讨论
• 4.1 原产地和入侵地种群生长-防御策略的进化
• 4.2 原产地和入侵地种群资源获取和利用效率的进化
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 在读期间拟发表文章
• 致谢