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木本植物幼苗期损伤前生物量分配与入侵性预测

群落生态学和生态系统生态学2018-05-05 07:48:37

      生物入侵威胁生物多样性和生态系统稳定性。如植物入侵会影响群落的结构,火使用制度,水文学,以及营养循环等等。尽管植物入侵现象在全世界普遍发生,很多非本地种在世界范围内传播速度迅速,却极少能够建立持续的种群并成为入侵种。为什么会产生这种现象,植物入侵成功与否和哪些因素相关呢?

问题和假设

(1)外来植物在本地往往难以成功入侵的主要原因,普遍认为是本地天敌提供的生物抗性,植食是生物抗性的重要组成:植食把植物生长和生存能力下降到不能建立种群的低水平;植食可降低非本地种的适合度。

(2)但是植物也有防御作用,植物对抗天敌方法很多,比如:

① 能直接阻止植食者的抗性特点,如物理结构、次级代谢产物等;

②耐受性,即损伤植物对适合度的维持。耐受性可减少植食负面影响,或许对新环境中非本地种尤为重要。

植物耐受力机制主要有两方面:

①可通过再生长实现,如激活休眠分生组织、重新分配根冠资源、提高光合速率和生长率等;

② 植物损伤前生长特点有关,如根冠比、光合效率、种子质量、贮藏营养量等。


问题:①植食耐受性是否和成功入侵有关?②植食耐受性和哪些(损伤前)植物生长特点有关?

预测:①耐受性高的植物侵入力更强;②高的相对生长率、根冠比、子叶质量分数,以及大的种子尺寸,能提高植物耐受性。

实验处理

       选取8种成功入侵(invasive species)(在瓦胡岛(夏威夷群岛主岛)广泛移植并在其他岛屿广泛分布)和8种未成功入侵(non-invasive species)(在各岛屿种植至少50年,但未传播或归化,有些种类仅栽培时存活)共16种夏威夷非本土植物物种。每种植物播种数为200~1000粒。子叶出土时开始记录萌发,长出两片真叶时开始移植幼苗,每种选择45株幼苗分别移入新的容器中。  

图 研究岛屿

      每种植物幼苗随机分4个处理组(pre-damage、control、defoliated、defoliated-JA),每组11~12株,总样本数720株(每种45株幼苗×16种)。

Defoliated-JA: 损伤处理,加0.5微摩尔JA,两周后收获测生物量;

Defoliated: 损伤处理,加等量水,两周后收获测生物量;

Control: 不作损伤处理,加等量水,两周后收获测生物量;

pre-damage: 不作损伤处理,提前(机械损伤时)收获测生物量。

指数计算

①损伤耐受性指数:Tolerance index(Ti):  =Md/Mc,其中Md: 损伤处理组平均总生物量; Mc:对照组平均总生物量;

②相对生长率(RGR):  RGR=(Mt-Ms)/Tp

其中,Mt: 幼苗平均总生物量; Ms:平均种子质量; Tp:播种到收获天数;

③ 根冠比;

④子叶质量分数: 子叶质量分数=子叶质量/植株生物量。

结果和讨论

  1. 不同的处理方式对地上和地下生物量具有影响,而与是否为入侵种无关


表 线性混合效应模型中各因子对植物地上和地下生物量的影响

2. 幼苗损伤后,叶的质量分数和根冠比与幼苗的耐受性有关,而与是否为入侵中无关

表 线性混合效应模型中各因子对植物损伤耐受性指数的影响

3. 在物种水平上,入侵种和非入侵种的损伤耐受性无显著差异

图 物种水平上植物损伤耐受性指数间的差异

总结

1. 入侵和耐受力

       入侵植物对模拟植食的耐受力并不比非入侵种强,即侵入力强不代表损伤耐受力强。

       本次实验入侵种耐受力差,也许是由于幼苗损伤后两周时间就收获,幼苗没有足够时间完全补偿受损组织。既然入侵种耐受力差,为何还能入侵成功,原因可能有两种。首先,植物有很多化学或物理防御特征,如C.nocturnum(invasive: Solanaceae)叶组织可产生甾体皂苷和鞣质等次生代谢产物。其次,植物可通过迁到安全地点“逃离”植食,如G.robusta(invasive: Proteaceae)种子多而轻,可通过风力传播,并且萌发率高,能够增加其发现新地点并侵入的机会。

2.耐受力和损伤前植物资源分配的关系

       损伤前植物生长模式和植物耐受力有关,贮藏组织(主要是子叶和根)资源分配高,耐受力更强。但是,和预测相反,相对生长率(RGR)高,不代表植物耐受力高。


作者|翁昌露

排版|刘金亮

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作者简介

翁昌露, 女,硕士研究生,中国计量大学生命科学学院,主要从事群落生态学和生境片段化的相关研究工作。

原文出处

Lurie, M. H., Barton, K. E., & Daehler, C. C. (2017). Pre‐damage biomass allocation and not invasiveness predicts tolerance to damage in seedlings of woody species in Hawaii. Ecology.


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