入侵植物种群化学防御进化研究：以欧洲千里光为例

The research of biological invasion is valuable in relation to the theoretical and practical aspects. The reason for success of invasion is one of the hotspots of the researches about biological invasion. As an extension of the Evolutionary of Increase Competition Ability (EICA) Hypothesis, the Shift Defense Hypothesis (SDH) argues that the success of plant invasion can be explained by the evolution of chemical defense in the invasive populations. The chemical defense of plants can be divided into two kinds: quantitative defense, which is expensive to produce and effective to all herbivores; and qualitative defense, which is toxic to generalist herbivores, adapted by and even attractive to specialist herbivores. In invasive area, the plants are attacked by both kinds of herbivores. In invasive area, alien plants are released from specialist herbivores, increase the qualitative defense and reduce the quantitative defense. Thus they allocated more resource to growth and reproduction, which leads to the more fitness and successful invasion of the plants. Senceio vulgaris is an invasive species wildly distributed in China. It is clear that the pyrrolizidine alkaloids are part of the qualitative defense of Senecio plants. I plan to collect seeds of this species from the native and invasive populations. I will grow the plants in gardens and climate rooms. I will also do bioassays in climate chambers to test the plants' resistance to herbivores. Trough all of this experiments, I aim to test whether the invasive populations of S. vulgaris have released from specialist herbivores, whether the shift defense occurred and the fitness are improved in these populations. This study will offer understanding of why S. vulgaris is succefully invade in China and provide scientific opinions on how to control and use this species.

生物入侵的研究有重要的现实意义和理论价值，生物入侵的机制是研究热点之一。在EICA假说基础上发展的SDH假说提出入侵机制可以用外来种在入侵地的防御进化来解释，该假说强调植物的化学防御可分为两种：针对所有植食动物并耗费较多资源的数量型防御；针对普食性动物的质量型防御。在原产地，植物同时受这两类动物的选择压力。在入侵地，由于专性植食动物的缺失，入侵植物将提高质量型防御，降低数量型防御，节约的资源可以在生长和繁殖方面有更多的投入。这使外来种更有优势，从而竞争胜利，成功入侵。欧洲千里光是在我国广泛分布的入侵种，吡咯里西啶生物碱是其质量型化学防御物质。本项目拟收集原产地和入侵地种群的种子，通过自然条件下实验、温室实验和受控条件下生物测试等方法来查明欧洲千里光入侵种群是否逃离了专性植食动物，发生化学防御的进化并增加了竞争能力。本项目有助于对欧洲千里光入侵机制的理解，为其防治和利用提供科学参考。

生物入侵的研究有重要的现实意义和理论价值，生物入侵的机制是研究热点之一。在EICA假说基础上发展的SDH假说提出入侵机制可以用外来种在入侵地的防御进化来解释，该假说强调植物的化学防御可分为两种：针对所有植食动物并耗费较多资源的数量型防御；针对普食性动物的质量型防御。在原产地，植物同时受这两类动物的选择压力。在入侵地，由于专性植食动物的缺失，入侵植物将提高质量型防御，降低数量型防御，节约的资源可以在生长和繁殖方面有更多的投入。这使外来种更有优势，从而竞争胜利，成功入侵。欧洲千里光是在我国广泛分布的入侵种，但缺乏对其入侵历史、入侵机制以及入侵风险的研究。项目设计收集原产地和入侵地种群的种子，通过自然条件下实验、温室实验和受控条件下生物测试等方法来查明欧洲千里光入侵种群是否逃离了专性植食动物，是否发生化学防御的进化并增加了竞争能力。.通过不同地点和不同条件栽培实验证明：从生长和生殖指标看，入侵地种群比原产地种群更有优势。不过我们不能肯定这种结果是否是由于发生了植物化学防御的进化而导致的，理由是：从生物碱测试结果来看，入侵地种群与原产地种群并无差异；而且植株中干物质的差异不显著。所以，预期的化学防御进化可能没有发生。而且蜗牛抗性实验中，入侵地种群比原产地种群的抗性也没有显著的差异。因此，我们的实验结果可以部分的支持EICA假说，即通过进化取得的竞争能力增强是欧洲千里光成功入侵的原因，但是无法肯定天敌逃逸和化学防御进化是竞争能力增强的原因。 .我们通过Maxent模型预测欧洲千里光主要分布与中国的西南和东北等温暖湿润的地区。气候阈值分析的结果让我们认为我国夏季南方的高温限制其分布，因为夏季的高温使其种子不能萌发，而长达3-4个月的夏季高温显著地降低了种子活性。在武汉的植物栽培实验、种子萌发实验证实了我们的推测。另外一方面，我们在野外调查欧洲千里光种群时发现，一些植株可以生长在营养贫瘠的环境中，对叶片中的内生菌群落进行宏基因组分析表明有溶磷和固氮菌的存在，因此推测内生菌可能在欧洲千里光入侵机制中起到重要作用，开辟了研究其入侵机制新方向。..吡咯里西啶生物碱;;抗虫性;;中国