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Ecology | 鞠瑞亭团队揭示土著入侵植物叶片性状和适口性的地理变异

生物多样性期刊之声 2024年10月05日 12:39 北京

Ecology | Article

近日，复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室、上海长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站鞠瑞亭教授团队在Ecology上发表了题为“Geographic variation in leaf traits and palatability of a native plant invader during domestic expansion”的研究论文。该研究揭示了土著入侵植物国内引种过程中叶片性状和适口性的地理变异及其驱动因素，为深入理解土著入侵植物分布区扩张机制提供了新视野。

同外来入侵植物一样，土著植物通过人为引种在同一行政疆域内分布区扩张也可能会造成严重的生态和经济危害，生态学家将这类植物称为“土著入侵植物”。在较大的地理范围内，生物、非生物环境变异会极大影响土著入侵植物的性状变异及其与草食动物的相互作用，但当前相关研究却少有报道。本研究以原产于中国南方但最近几十年通过人为引种已在北方地区形成入侵的土著入侵植物虎杖（Reynoutria japonica）为对象，分析了其叶片的16个防御和营养性状以及对3种广食性昆虫的适口性在原产地与引种地种群间，以及纬度种群间的变异特征和主要影响因素（图1）。

研究结果显示，从整体上看，虎杖种群对广食性昆虫的适口性在引种地显著提高，并在引种地内随着纬度升高而增加（图2）。三个关键性状（叶片厚度、比叶面积和碳氮比）决定了虎杖对草食动物的适口性。此外，这些性状受到植物种源地温度和/或降水以及植物单倍型的显著影响，但与草食动物压力无关（图3）。

▲图1 |虎杖实验种群扩繁和草食适口性测定。

▲图2 | 广食性昆虫斜纹夜蛾（a–c）、甜菜夜蛾（d–f）和绣线菊蚜（g）取食虎杖的表现在植物原产地和引种地及各种源地内纬度间的差异。

▲图3 | 植物种源地、气候、遗传因素、植物性状与广食性昆虫表现之间关系的结构方程模型。

本研究揭示了从环境和遗传背景到植物性状，再到昆虫取食表现的因果关系，暗示了虎杖在国内引种后其抗虫性发生了适应性进化，部分解释了这种重要的本土入侵植物扩张成功背后的机理。文章还强调了植物生物地理起源及其生态系统影响对确定入侵植物身份的重要性，对管理虎杖这样的土著入侵植物具有重要的启发意义。

复旦大学已毕业硕士生赵玉杰为论文第一作者，鞠瑞亭教授为通讯作者。复旦大学王声钰硕士、张蕾博士、曹培培博士、毕景文博士、郭耀霖博士、李博教授，中科院西双版纳热带植物园廖志勇博士，德国图宾根大学Madalin Parepa博士、Oliver Bossdorf教授，美国南弗罗里达大学Christina L. Richards教授，复旦大学/兰州大学吴纪华教授为论文共同作者。本研究得到国家自然科学基金（31961133028，32171661）、国家重点研发计划“生物安全关键技术研究”重点专项“生物多样性抵御生物入侵的响应机制与受损系统的生态恢复”（2022YFC2601100）等项目资助。

论文信息

标题：Geographic variation in leaf traits and palatability of a native plant invader during domestic expansion

期刊：Ecology

类型：Article

作者：赵玉杰, 王声钰, 廖志勇, Madalin Parepa, 张蕾, 曹培培, 毕景文, 郭耀霖, Oliver Bossdorf, Christina L. Richards, 吴纪华, 李博, 鞠瑞亭*

时间：2024-09-23

DOI：https://doi.org/10.1002/ecy.4425

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