入侵植物(乌桕)重返原产地后防御能力演化的机制

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入侵植物的入侵地种群往往与原产地种群所处的环境条件差异较大,因此它们是探讨当生境变化后植物繁殖和防御策略会如何适应的理想材料。入侵植物从原产地到侵入地昆虫取食胁迫的变化通常会驱使入侵植物的资源分配(生长繁殖和防御)和防御策略(抗性和耐受性)出现适应性进化。如果将已经发生进化的入侵植物完全暴露在原产地自然环境的选择压力下,入侵植物防御策略会发生怎样的改变仍然是不清楚的。研究入侵植物与原产地的生物和非生物环境重新相互作用之后防御策略的适应性进化有利于理解入侵植物的快速进化。乌桕(Triadica sebifera),隶属于大戟科(Euphorbiaceae)乌桕属(Triadica),原产于中国等地。乌桕于1772年首次引入到美国之后,发生了天敌逃逸,因此形成了严重的入侵。2014年入侵乌桕作为一种优良经济品种引种回中国,种植生长在中国野外自然环境下,2019年采集其成熟种子进行一系列实验。本研究探讨了在入侵地发生独立进化的入侵植物,在重新回到原产地与当地植食性昆虫重新发生相互作用之后的种子性状、耐受性和抗性的变化。主要研究结果如下:(1)通过对乌桕种子性状的研究分析发现,乌桕重返原产地种群种子的物理性状、化学性质和萌发性状与原产地种群之间没有发现显著性差异,仅在激素含量上发现了一些差异。结合之前乌桕入侵种群种子的研究来看,乌桕入侵种群重返原产地后种子的发芽潜力较低,但能够保存的时间更长。(2)通过对乌桕原产地和重返原产地种群进行地上和地下模拟昆虫取食,来探讨入侵植物耐受性的变化。研究发现,乌桕对地上昆虫取食的耐受能力更好,对地下昆虫取食的耐受能力较差。随着叶/根处理的增加,重返原产地种群的株高、基茎和根冠比都随之增加,而原产地种群则随着减小,且斜率之间具有显著差异。综合来看,乌桕重返原产地种群的耐受性要高于原产地种群。(3)通过对乌桕重返原产地种群和原产地种群进行地上和地下模拟昆虫取食,来研究取食侵害对乌桕叶和根的抗性诱导反应。乌桕重返原产地种群的乳汁分泌量极显著高于原产地种群,分泌更多乳汁来防御咀嚼型昆虫。分析模拟地上取食来诱导抗性发现,入侵植物乌桕重返原产地之后对地上专食性昆虫的抗性(单宁)有所上升,和原产地种群抗性水平相差不大,甚至超过了原产地种群,而对广食性昆虫的抗性(总黄酮)变化不大。分析模拟地下取食来诱导抗性发现,模拟地下取食会提高重返原产地种群根次生代谢物质表达水平,但抑制了叶片次生代谢产物的生产表达,说明地下取食使其不能兼顾地上和地下。综上所述,以上研究结果表明入侵植物在环境变化后,可以通过生长繁殖和对植食性昆虫的防御之间以及对植食性昆虫的抗性和耐受性之间的资源分配权衡来提高自己的适应性,这可能是其成功入侵的原因。
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