中国外来入侵与非入侵植物自主结实特性的近缘种比较研究

To manage current invasive species and to prevent new invasions, we need a better understanding of the drivers of invasion success. The identification of traits that distinguish invasive from non-invasive alien plant species is one of the important goals of current research in invasive ecology. Comparisons of traits between congeneric invasive and non-invasive alien species in the introduced range is a straightforward and an effective approach to test whether traits are associated with invasiveness of alien species. Autonomous seed production means seed can be producted by auto-fertility through self-compatibility or apomixis. As a study system, we chose 10-pairs of alien species which is annuual or biennial and reproce by seeds. We will do comparative experiments using methods of controlled pollinations, SSR molecular marker analysis and flow-cytometry seed screens (FCSS) to clarify the relationship between autonomous seed production and invasiveness. In this study, we will control for life-form, introduction history, native range of origin and habitat preferences of the study species. The main objective of this proposal is to examine whether there is a significant difference in autonomous seed production between invasive alien species and congeneric alien species with lifeform of annuual or biennial, and whether this is one of the traits associated with invasiveness of invasive alien species with lifeform of annuual and biennial in China. The results of this study will be used to decide whether autonomous seed production can be listed as one of the traits associated with invasiveness of this type of invasive alien plants, and thus will lay the foundation for a risk-assessment system to screen alien plants of annuual or biennial in China.

鉴别与外来植物的入侵性相关的特征，是探究植物入侵机制的重要途径，也是当前入侵生态学研究的重点目标之一。在引入地比较外来的入侵植物与近缘非入侵植物在入侵特性上的差异，是检验入侵特性是否与入侵性相关的直接有效方法。自主结实指通过自交或无融合生殖产生种子的过程。已有的研究表明，中国的一或两年生外来入侵植物多具有自主结实特性，但此特性是否与此类外来植物的入侵性直接相关，还需要通过对外来入侵种与其近缘非入侵种的比较研究才能确定。本项目拟以10对以种子繁殖的一或两年生外来植物作为研究体系，在综合考虑生活型、引入时间、原产地和生境等基础上，以入侵种及近缘的非入侵种为材料,利用人工控制授粉、SSR分子标记和流式细胞种子筛选等方法，比较入侵植物与其近缘的非入侵植物在自主结实特性上的差异，提供自主结实特性与此类外来入侵植物的入侵性相关的直接证据，为将自主结实特性纳入此类外来植物的风险评估体系提供理论依据。

自主结实指通过自交或无融合生殖产生种子的过程。通过对外来入侵植物的自主结实特性与其近缘的非入侵植物之间的比较研究，可提供自主结实特性与外来入侵植物的入侵性相关的证据，为外来植物的引种和风险评估提供理论依据。本研究以种子繁殖的一或两年生外来植物作为研究体系，利用人工控制授粉实验方法、SSR分子标记以及流式细胞种子筛选等多种技术，在综合考虑生活型、引入时间、原产地和生境等基础上，对外来入侵植物及其近缘的非入侵植物在自主结实特性上的差异进行了比较研究。以11属和36个种或变种的一或两年生外来植物的入侵与非入侵种的结实率和结实量进行的比较研究表明，自主结实率和结实量在不同近缘种对中未得出一致性的结论。但在鬼针草属、苋属和婆婆纳属等具有多个近缘种的属中，表现出结实量与入侵性强弱呈正比的关系。结合本研究和近期新发表的重要文献，明确了自主结实特性在外来植物的引入和归化阶段起决定性的作用。因此，在引种或对外来植物进行风险评估和制定检疫标准时，应将自主结实特性、结实量大、兼具有有性生殖和无性繁殖特性等性状列入风险评价体系中。利用流式细胞种子筛选技术对所研究材料飞无融合生殖方式鉴定的结果表明，一些外来入侵植物都具有无融合生殖特性，如一年蓬、刺蒺藜草、少花蒺藜草、反枝苋、长芒苋等，其中一些种类中的无融合生殖现象为本研究首次报道。利用荧光SSR分子标记技术，对入侵性较强、危害性较大的刺萼龙葵及其近缘的非入侵种少花龙葵的种群遗传结构和交配系统进行了深入的比较研究。外来入侵种刺萼龙葵的交配系统以异交为主，与其原产地的交配方式相似，没有因入侵而发生显著改变；非入侵种少花龙葵的交配系统为混合交配系统。但刺萼龙葵的种群内变异小于少花龙葵，表明虽然交配系统不能简单地与入侵性联系起来，但入侵植物的遗传变异相对较少，后代的自交水平有所提高。