有害入侵植物飞机草的进化

进化假说是解释外来生物入侵的最重要理论之一，然而该假说在理论上和验证方法上都有问题，本项目在深入分析这些问题的基础上，以飞机草为例提出了有针对性的研究内容：1）结合遗传多样性研究，在入侵地和原产地的多个试验地中连续多年比较研究两地多个种群的差异，2）在考虑专性天敌和化感作用影响的基础上，通过原产地天敌排除试验、入侵地种间和种内竞争试验、去叶试验等验证进化假说，这也有助于评估天敌逃逸和化感与入侵的关系，3）比较研究入侵种群和原产地种群叶氮分配的差异，我们认为入侵种群对专性天敌缺乏的进化响应是减少叶氮向防御的分配，增加向光合的分配，导致高的资源捕获能力和利用效率。本项目不仅要看入侵种群是否通过进化导致了生长、生殖和天敌危害程度等的变化，还要深入分析导致这些变化的生理和化学机制，通过本项目不仅能提高我国入侵理论的研究水平，也能为飞机草的防治提供具体的指导，利于解决我国严重的外来种入侵问题。

外来生物入侵是严重的社会经济和环境问题，全球变化的重要组成部分。进化假说是解释外来生物入侵机制的最重要理论之一，然而该假说在理论上和验证方法上都存在问题，针对这些问题，本项目以飞机草为材料，在其入侵地和原产地不同环境下，开展了20多项实验研究：如飞机草谱系地理学和遗传多样性研究，化学物质分离、鉴定及化感和天敌防御活性鉴定，不同种群飞机草对非生物环境、生物环境的进化响应，入侵种群和原产地种群天敌抗性、耐性、生长及种内、种间竞争能力的差异，入侵种群和原产地种群叶氮向光合机构和天敌防御系统分配的差异等。主要结果如下：. 原产地飞机草表型分化明显，遗传多样性高，入侵地飞机草表型和单倍型单一；表型性状、叶绿体DNA和核DNA片段序列分析均表明，入侵亚洲的飞机草可能来源于特立尼达或佛罗里达。. 共分离鉴定出36种化合物，原儿茶酸酐等可能是飞机草的主要化感和防御物质。. 飞机草对分布地非生物环境做出了适应性响应，一些性状与温度、降雨量相关显著，表现出明显的渐变群格局。. 飞机草对天敌的耐性较强，利于其入侵，但影响了生防天敌的生防效果。. 飞机草入侵种群把更多的生物量分配到支持器官，原产地种群把更多的生物量分配到根系，这可以解释养分水平对两地种群竞争能力差异的影响。除天敌防御能力的进化外，生物量分配的进化也影响入侵植物竞争能力的进化。. 入侵种群化感作用强于原产地种群，入侵地本地种对飞机草化感物质的敏感性强于原产地本地种，支持新武器假说。化感作用的进化可以通过影响本地种、天敌，进而影响入侵种群和本地种群竞争能力的差异。. 实验环境、所用种群等均影响入侵种群和原产地种群竞争能力和天敌防御能力的差异，增强竞争能力的进化、先天竞争优势、新武器假说、生物阻抗假说等可能协同作用促进飞机草入侵。. 飞机草入侵地和原产地种群光合特性和叶氮含量差异不显著。紫茎泽兰入侵种群光合能力、光合氮利用效率、光合能量利用效率高于原产地种群，这与其氮分配特性有关。紫茎泽兰入侵种群提高了叶氮向光合机构的分配比例，降低了叶氮向防御系统的分配比例，进而降低防御能力。. 本项目培养博士研究生5名，硕士研究生4名，青年科技工作者3人，已发表SCI论文14篇，CSCD 论文6 篇，提出的氮分配进化假说获云南省自然科学奖二等奖。