外来植物竞争增强机制的比较生物地理学研究

【摘要】：外来植物入侵机理的研究已经成为生态学研究的热点。关于为何外来植物在入侵地表现出比原产地更强的竞争能力,科学家提出了多种理论假说。其中从植物化感角度提出的“新武器假说”被认为是揭示植物入侵的一个重要机制。菌根共生特征是外来植物的一个很重要的生物学特征,对外来植物的竞争能力也起到重要的调节作用,而且菌根共生特征受植物化感作用的影响。生物地理学比较的方法已经成为揭示外来植物竞争增强机理的一个十分重要的手段。但是目前运用生物地理学比较的方法对化感作用和菌根共生特征,以及两者之间的相互作用对入侵植物的竞争能力影响的研究还比较少。 本研究以入侵欧亚大陆的植物加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)为例,通过生物地理学比较和同质种植园实验,探讨了(1)外来植物的化感作用与其竞争能力增强的关系；(2)外来植物的菌根共生与其竞争能力增强的关系；(3)菌根共生和化感作用的相互作用与外来植物竞争能力增强的关系。本研究主要取得了以下主要研究成果： 1外来植物可能通过增强的化感作用提高自身的竞争能力 入侵植物加拿大一枝黄花在入侵地表现出竞争能力增强的表型特征,比如更高的株高、更多的生物量以及更强的化感效应。增强的化感效应表现在化感物质(总黄酮、总皂苷、总酚类)的分泌量增多,对本地植物鸡眼草(Kummerowia striata)种子萌发率的抑制作用增强。来自入侵地中国的加拿大一枝黄花比来自原产地美国的加拿大一枝黄花具有更强的竞争能力,化感作用对这种增强的竞争能力的贡献率为46.1%。 2外来植物在入侵地选择了与原产地相似的菌根真菌群落结构,并可能通过增强的菌根依赖性提高自身的竞争能力 野外条件下,虽然原产地美国和入侵地中国的土壤中菌根真菌群落结构显著差异,但是来自美国和中国的加拿大一枝黄花选择了相似的菌根真菌群落结构；同质园实验中,当种植在相同的土壤条件下时,来自美国和中国的加拿大一枝黄花的菌根真菌群落结构的差异不显著(P0.05)。另外,无论在野外条件下还是同质园实验中,有四种AMF类群在所有的加拿大一枝黄花的根内一直出现； 加拿大一枝黄花在入侵地中国增加了对四种普遍出现的丛枝菌根真菌(Glomus intraradices, G, mosseae, G. versiforme, Gigaspora margarita)的依赖性,菌根依赖性的增加促进了来自中国的加拿大一枝黄花的生长和15N的吸收量,进而促进了其竞争能力。来自美国的加拿大一枝黄花的菌根依赖性较低,菌根共生体的存在可能降低了来自美国的加拿大一枝黄花的竞争能力。 3外来植物的化感作用可能通过菌根间接的促进外来植物的竞争能力 加拿大一枝黄花分泌的化感物质可以改变自身的菌根真菌群落结构,促进自身菌根共生体的形成。不同的丛枝菌根真菌种类对化感物质的响应不同,加拿大一枝黄花通过化感物质促进其偏好的丛枝菌根真菌(G. geosporum和G.versiforme)的生长,不促进对自身生长帮助不大的丛枝菌根真菌(G. mosseae, G. diaphanum和G. etunicatum)的生长。在没有丛枝菌根真菌存在的情况下,化感物质对竞争的促进作用不大,因此化感作用可能通过丛枝菌根真菌间接的促进入侵植物的竞争能力。