入侵植物生长扩散的克隆整合机制-克隆整合的方向性和距离效应研究

Most invasive plants are clonal plants and clonal integration contributes to establishment, growth and dispersal of invasive plants. However, the mechanism of clonal integration promoting biological invasions is still unknown and high population density may enhance clonal integration to promote the disperal of invasive plants. Clonal integration plays a key role in the direction,distance and amount of resource translocation. It is critical to explore differences of invasive and native clonal plants in the direction and distance of clonal integration for revealing the effects of clonal integration on the growth and dipersal of invasive clonal plants. In this study, five congeneric pairs of invasive and native clonal plants will be selected to be studied to compare differences of direction and distance in their clonal integration. This study will utilize clonal fragments with several ramets to explore various direction and distance of clonal integration under different conditions by stable isotope tracer technique, which quantify the pattern of nitrogen in clonal ramets under heterogeneous conditions, elucidating the mechanism of clonal integration promoting the successful invasion of invasive clonal plants. This study will compare the distance and intensity of clonal integration between invasive and native clonal plants under conditions of different population densities, to reveal the mechanism of population density affecting the disperal of invasive by influencing clonal integration. All of this will contribute to better understanding of clonal integration promoting the invasion of alien plants.

相当比例的入侵植物是克隆植物，其快速生长和扩散往往得益于分株间的克隆整合，然而克隆整合促进生物入侵的机制尚不清楚，同时高种群密度促进入侵克隆植物扩散可能是通过影响克隆整合实现的。克隆整合的方向性（方向和强度）和距离效应（距离和强度）是其影响克隆植物生长的重要特性。为了探究克隆整合方向性和距离效应促进入侵植物生长和扩散的机制，本研究拟利用5对同属的入侵和本地克隆植物进行对照实验，运用多分株相连的新分株系统，并结合稳定性同位素示踪技术，量化异质养分条件下氮元素在多级分株系统的整合分配格局。通过比较入侵和本地克隆植物克隆整合的方向性和距离效应的差异，揭示克隆整合促进入侵克隆植物定植生长和扩散的机制；通过比较不同种群密度下入侵和本地克隆植物克隆整合距离效应的变化差异，揭示种群密度对克隆整合以及植物扩散的影响。综合研究不同条件下克隆整合的方向性和距离效应差异，阐明其促进入侵克隆植物成功入侵的机制。

克隆整合对入侵克隆植物的生长优势的促进显著大于本地克隆植物，这可能是导致入侵克隆植物入侵性较强的重要原因，然而其内在机制并不清楚。本研究以同属的入侵和本地克隆植物为比较研究对象，分别从克隆整合的方向、距离和强度着手探究克隆整合促进入侵克隆植物表现的机制。实验利用三分株相连的三分株系统和N15稳定性同位素标记技术开展研究，将三分株分别置于不同的含氮培养液中进行培养，通过测定N15的流向及强度比较入侵和本地克隆植物的克隆整合在方向、距离和强度方面的差异。结果发现在方向实验中，不论入侵种还是本地种，处于高氮条件下的中间分株都优先将吸收的氮传递给先端分株，较少地传递给末端分株，这说明克隆整合具有普遍的双向向顶性；在距离实验中，入侵克隆植物处于高氮条件下的远端分株比本地克隆植物的远端分株将更多吸收的氮传递给先端分株，这说明克隆整合随距离减弱的效应在本地植物中比入侵植物更明显，入侵克隆植物的克隆整合能支撑更远的分株的生长，也就促进分株能扩散到更远的环境恶劣的地方。本研究进一步揭示了克隆整合促进植物入侵的机制，丰富了入侵克隆植物成功入侵的机制研究。