在網上搜索“加拿大一枝黃花”,會發(fā)現(xiàn)很多這樣的新聞:“某地集中除治加拿大一枝黃花”“我市積極清剿加拿大一枝黃花”……
這個“不速之客”原產于北美溫帶地區(qū),是對我國危害最嚴重的入侵植物之一,。近日,南京農業(yè)大學雜草研究室教授強勝團隊揭示了外來雜草加拿大一枝黃花通過多倍化增強耐熱性分化,,驅動其分布范圍從溫帶向赤道逆向擴張。相關論文在線發(fā)表于《生態(tài)學專論》,。
入侵帶來嚴重生態(tài)后果
我國外來入侵植物共300多種,,隸屬于67個科,其中以菊科數量最多,,造成嚴重危害的有加拿大一枝黃花,、紫莖澤蘭、飛機草,、微甘菊等,。
加拿大一枝黃花色澤亮麗,最初作為庭院觀賞植物引入我國,,如今卻成了“生態(tài)殺手”,。除了北美,這種植物廣泛入侵歐洲和東亞等地區(qū),,特別是在我國亞熱帶季風氣候區(qū)造成嚴重的生態(tài)災害,。
“加拿大一枝黃花具有極高的入侵性?!睆妱傧颉吨袊茖W報》介紹,,“該種植物根狀莖發(fā)達,一旦定植就很難根除,極易在入侵生境形成單優(yōu)勢群落,,嚴重排擠本地物種生長,,導致生境的均質化,從而影響當地的生物多樣性,,危害當地自然景觀、群落演替?!?/p>
對于外來入侵植物的研究主要從其入侵生物學機制,、入侵擴散動態(tài)及地理分布格局、入侵后的生態(tài)后果及其防控管理等方面展開,。加拿大一枝黃花研究源自上世紀末,。不過,強勝指出,,相關研究一直不夠系統(tǒng)和深入,,入侵的加拿大一枝黃花種群高度增加一倍、完全形成單優(yōu)群落,、嚴重降低入侵生境的生物多樣性等問題的機理尚不明晰,。
經過10多年研究,強勝帶領團隊對全球471個樣點的2062份加拿大一枝黃花材料進行了細胞地理學分析,,首次揭示目前入侵我國且猖獗的加拿大一枝黃花全部是多倍體(主要是六倍體),,而原產地則以二倍體為主,二倍體種群僅能入侵歐洲和東亞的溫帶地區(qū),。
多倍化是最主要入侵機制
團隊深入研究發(fā)現(xiàn),,該物種的倍性水平與緯度分布呈顯著負相關,與溫度呈顯著正相關,;20℃至24℃等溫線是二倍體和多倍體入侵范圍氣候生態(tài)位的差異分化帶,,這種分化是同源多倍化驅動該物種耐熱性增強的結果。
“多倍化是其最主要的入侵機制,。加拿大一枝黃花多倍體變得更高大和更具競爭力,。”論文共同第一作者程繼亮說,。
團隊利用原產地和入侵地二,、四、六倍體6種地理細胞型,,分別在美國佐治亞州和中國南京市的同質園試驗,,發(fā)現(xiàn)多倍體尤其是入侵地多倍體演化出更有效的耐熱生理機制,即多倍體通過抗氧化酶高效清除活性氧,,而二倍體則更多依賴產生抗氧化劑應對熱脅迫,。
研究發(fā)現(xiàn),對成功入侵起關鍵作用的是二倍體在夏季高溫氣候條件下胚胎敗育導致花而不實,,入侵地多倍體可以耐受高溫使胚胎正常發(fā)育產生可育的種子,,而且它們還顯著延遲到秋季溫度降低時旺盛開花,通過高溫避讓機制在更適宜的氣候條件下產生巨量種子,,隨風飄移,,迅速擴散蔓延。
強勝表示,,這種倍性依賴的耐熱性以及有性生殖特性的演化是預適應和入侵后迅速演化共同作用的結果,。這是首個揭示外來植物成功入侵事件關鍵內在要素的案例,。
“該物種的適生區(qū)范圍將隨全球變暖持續(xù)擴張?!闭撐墓餐谝蛔髡呃罹榻B,,據預測,在全球變暖的背景下,,其潛在分布范圍將繼續(xù)擴大,,并在全球尺度上繼續(xù)從溫帶向亞熱帶擴張。這意味著加拿大一枝黃花的入侵和擴張將對全球生物多樣性保護提出更嚴峻的挑戰(zhàn),。
該研究為溫帶起源植物通過同源多倍化驅動分布范圍逆向擴張?zhí)峁┝耸讉€案例,,同時這種植物的演化新動向為研究應對全球變化和多樣性加速減少的策略提供了新思路。
為防控管理提供科學依據
目前,,國家投入了大量人力物力對加拿大一枝黃花進行防治,,但由于其極強的繁殖和擴張能力而收效甚微。該研究為防控,、管理加拿大一枝黃花提供了理論基礎和科學依據,。
人工種植的通稱“黃鶯花”的加拿大一枝黃花的鮮切花全是二倍體?;ㄞr選擇二倍體種植的原因是其開花早,,可更早采集鮮切花。鑒于其目前不會入侵24℃等溫線以南地區(qū),,可以被允許種植,。
強勝表示,原來管控加拿大一枝黃花商業(yè)種植的政策可以在亞熱帶地區(qū)加以調整,。但是,,在20℃等溫線以北的東北、華北北部,、西北,、西南以及其他有相似氣候的地區(qū)種植該物種具有逃逸風險,應被嚴格禁止,。
此外,,“團隊研發(fā)了齊整小核菌微生物除草劑產品——加黃凈,可以有效根除加拿大一枝黃花,,且對其他植物相對安全,,進而迅速恢復被入侵生境的生物多樣性?!睆妱俳榻B,。
“接下來,我們將對加拿大一枝黃花的化感作用,、無性繁殖能力以及耐熱性分子機制展開深入研究,,以系統(tǒng)揭示加拿大一枝黃花成功入侵的機理?!彼f,。