植物入侵过程中交配系统的进化-以北美车前为模式种的案例研究

入侵植物已经对生态系统和社会经济造成了巨大的危害，然而人们对其入侵机制还没有统一的认识。以往的研究虽然考察了很多植物生活史特征在入侵过程中的分化，但对影响植物适应分化最直接的特征，即繁殖系统的关注非常有限。本研究拟以常见入侵性杂草北美车前 (Plantago virginica)为研究对象、入侵地中国和原产地美国的多个种群为研究点，利用野外调查、分子标记和同质园实验的方法对其繁育系统的变化进行比较研究，以期验证我们的理论预测：1）入侵种群具有较高的自交率；2）入侵种群具有较低的遗传多样性；3) 入侵种群具有较弱的自交衰退。我们的创新点是将交配系统进化和植物入侵结合起来进行原产地和入侵地之间的比较研究，即以入侵材料来研究繁育系统的进化和以繁育系统的进化来探索植物入侵成功的机制。这样我们可以较为直接的验证以往的理论预测，并有助于我们从一个新的视角来探索入侵成功的机制，对其危害的控制提供理论依据

生物入侵是生物多样性大量丧失的一个重要因素，会对许多不同生态系统的结构与功能、环境和人类社会经济造成巨大损失。了解生物入侵的机制并提出合理的控制对策已经成为我们必须面对的巨大挑战之一。在影响植物入侵的诸多因素中，植物的交配系统可能是促使外来植物适应分化的主要因素之一。因为繁育系统决定了适应进化的机会，并影响种群遗传的重要参数，包括种群内和种群间的遗传重组、有效种群大小、基因流和遗传多样性等，被认为是和植物进化最直接相关的繁殖特征。本研究以入侵中国的杂草-北美车前（Plantago virginica）为模式种对该主题背景下的一系列和植物入侵相关的进化和生态学问题进行了初步探讨。我们研究的主要问题是：.(1).北美车前入侵过程中种群的分化和相互关系.(2).北美车前入侵中交配系统的变化.(3).北美车前入侵后的表型和适应性分化. 我们利用10对微卫星（SSR）对27个原产地和入侵地的自然种群的1313个个体进行了遗传多样性和遗传分化研究，了解各个种群的遗传多样性水平和遗传分化程度，并分析北美车前种群间的地理距离是否影响遗传分化；此外，我们还首次对入侵地和原产地种群内的空间遗传结构进行了比较分析，以了解植物入侵是否会影响植物种群在精细尺度的遗传结构。我们发现：.(1).北美车前入侵后遗传多样性降低，并出现了种群间的分化.(2).入侵地种群来源于不同的原产地种群，可能发生过2-3次的引入.(3).精细尺度的空间遗传结构没有显著差异.综上所述，我们对北美车前入侵后的种群遗传结构和分化进行了和原产地种群的比较分析，发现了区域间和区域内的种群间均存在遗传分化，其中中国种群分化较小，而且这种分化的逐一原因可能是2-3次从原产地不同种群的引入所引起。反应种群内空间遗传结构的空间自相关系数分析并没有发现在入侵地和原产地之间的显著差异，说明决定北美车前小尺度种群结构的主要因素-物种本身的基因扩散性状并没有因入侵而改变。