水分与养分水平对入侵植物表型代间可塑性的影响-以瘤突苍耳（Xanthium strumarium）为例

In order to study the process of the invasive species Xanthium strumarium and the native X. sibiricum in different water and nutrition levels when the plasticity of maternal plant phenotype as well as offspring in different nutrient level of phenotypic plasticity changes， the indicators were measured, which are functional traits (leaf area, root shoot ratio, photosynthetic index) and production traits (biomass and biomass allocation, seed weight and yield, seedling growth) by 4 treatments of 2 moisture gradients of the 2 soil nutrient gradients. .To determine the intergenerational transmission plasticity which is adapted, which is non adaptive, from the point of view of phenotypic plasticity, the phenotypic plasticity of invasive plants and native plants in the different water and nutrient levels. That is able to identify the adaptive generational transmission of plasticity during the critical period, and to verify the suitability of the intergenerational transmission of phenotypic plasticity transmission efficiency of invasive plants. By the third generation single molecular sequencing technology，the DNA methylation and the transcriptome of parental and off springs of the invasive species Xanthium strumarium and the native X. sibiricum are studied, and the differentially expressed genes response water and nutrients will be found by the techniques of the DNA methylation.

以恶性入侵植物瘤突苍耳和本地近缘种苍耳为研究对象，根据其主要生境土壤养分和土壤含水量特征，设置2个水分梯度和2个土壤养分水平，共4个处理，研究这两个物种在不同水分与养分水平下母系植物表型可塑性变化以及子代在不同水分和养分水平下表型可塑性变化，其表型包括功能性状（比叶面积、根冠比、光合指标）和生产性状（生物量及生物量分配、种子重量与产量、幼苗生长）。运用植物生理生态学理论和数理统计方法，从表型可塑性的角度，分析不同水分与养分水平下，入侵植物和本地近缘植物表型可塑性变化，判别可代间传递的可塑性哪些是适应的，哪些是非适应的，确定可适应的代间传递可塑性传递的关键时期，验证适应的代间传递表型可塑性传递效率入侵植物> 本地近缘植物。利用第三代测序技术研究瘤突苍耳与苍耳母代与子代关键时期基因组甲基化修饰位点与基因，研究这种传递是通过何种途径以何种形式向子代传递适应性信息。

表型可塑性是影响植物入侵的重要因素之一，一些可塑性表型可以由亲代传递给子代，在子代中预制亲代的环境信息，从而提高子代对该环境的适应性。表型可塑性在代间传递对植物入侵作用还不十分明确， 我们推测同处于低或高资源水平时，入侵植物不同世间代的表型可塑性低于本地近缘种，处于不同水平资源时，入侵植物的表型可塑性高于本地近缘种。.本研究以自花授粉的外来入侵植物瘤突苍耳和苍耳为材料，设置高养分高水分、高养分低水分、低养分低水分、低养分高水分四种处理，在相同环境与不同环境下分别种植两种苍耳的3个世代，分析代间传递的表型可塑性在植物入侵过中的作用。 .与本地近缘种苍耳相比，瘤突苍耳的物候期、形态、生物量、生理变化均存在代内可塑性和代间可塑性作用。代内可塑性对瘤突苍耳物候期、形态的影响强于代间可塑性；在生物量中，代内可塑性对生殖器官的影响更大，而代间可塑性能够有效影响瘤突苍耳生长过程中的水分利用作用。KEGG富集分析表明在瘤突苍耳中低养分代间传递在低资源水平时主要富集到MAPK信号传导途径-植物、植物病原体相互作用、光合作用-天线蛋白、内质网中的蛋白质加工；亲代对环境的适应性影响着后代的甲基化水平。入侵植物瘤突苍耳和苍耳的亲代均能通过某种方式将对环境特征的记忆“告诉”子代，与其对资源丰富的记忆相比，对资源匮乏环境的记忆更深刻。在较高环境资源水平时，亲代传给子代记忆更多的是功能特征，在低资源水平时，母代传给子代更多的是适应性特征。入侵植物瘤突苍耳的这种效应高于苍耳，且在较低资源水平条件中表现更为明显。.入侵植物在低资源水平时适应性表型代间可塑性低，传递效率高，我们的研究结果为揭示入侵种易在可利用资源匮乏地区爆发提供了支持。该研究对解决脆弱生境生物入侵机制和如何有效持续控制外来入侵植物等理论和实践问题具有重要意义。