黄花刺茄在新疆不同入侵区域的繁殖特性及其对同域植物有性繁殖的影响

Reproductive ecology of invasive plants has great theoretical value for revealing the invasive mechanism of invasive species, such as the differentiation of breeding system, the establishment and expansion of populations and so on. Solanum rostratum is an annual invasive weed with special pollination system, widely distribution area and greatly damage. This species can achieve successful invasion in extreme drought, drought and relatively humid area of Xinjiang. In this project, we will investigate the floral syndrome and pollination ecology of S. rostratum in different invaded regions of Xinjiang and understand its influence on pollination system of a dominant desert species Peganum harmala, which are distributed sympatrically and share pollinators with S. rostratum in the desert regions of Xinjiang. Our aims are to clarify the differences in pollination biology of S. rostratum in different invaded areas, analyze the interactions between its specialized floral features, pollination system and native pollinators in different invaded areas of Xinjiang, and reveal its influence on the pollination system and fruit-set of P. harmala. Furthermore, we will explore the reproductive strategies of S. rostratum and its effects on sexual reproduction of native plant species in different environments of arid region. These results will not only provide theoretical basis and practical guide for exploring the invasive mechanisms and the relationships between reproduction and invasiveness of S. rostratum, formulating scientific management and control measures in the arid areas of Xinjiang, but also offer a typical example for researching the invasive mechanism and scientific management of other invasive plants in the arid region of our country and safeguarding regional ecological security.

入侵植物的繁殖生态学对于揭示其繁育系统分化、种群建立与扩张等入侵机制具有重要理论价值。黄花刺茄是一种具有独特传粉系统、入侵区域很广和危害风险很大的一年生杂草。在新疆，该物种可在极端干旱、干旱和相对湿润的气候区域成功入侵。本项目将以黄花刺茄为研究对象，通过对其在新疆气候差异显著的入侵区域的花部综合征、传粉特性及其对同域分布并共享传粉者的荒漠优势种骆驼蓬传粉系统的影响等研究，明确不同入侵区的黄花刺茄在传粉特性上的异同，分析其特化花部特征、传粉系统与本地传粉者间的相互作用，解析其对骆驼蓬传粉系统和结实率的影响，揭示其在干旱区不同环境中的繁殖策略及对本地植物有性繁殖的影响。有关成果不仅可为全面揭示黄花刺茄在新疆干旱区的入侵机制、探讨其繁殖特性与入侵性之间的关系、进而制定科学的管理措施提供重要的理论依据和实践指导，还可为我国干旱区其它入侵植物的入侵机制研究与科学管理、保障区域生态安全提供典型范例。

黄花刺茄(Solanum rostratum)隶属茄科茄属，原产北美，是一种具有独特传粉系统、入侵区域很广和危害风险很大的一年生杂草，也是新疆外来入侵植物中扩散速度最快和潜在危害最大的杂草之一。入侵植物的繁殖生态学对于揭示其繁育系统分化、种群建立与扩张等入侵机制具有重要理论价值。本项目通过对黄花刺茄在新疆不同入侵区域的花部综合征、传粉特性及其对同域分布并共享传粉者的荒漠优势种骆驼蓬传粉系统影响的研究，揭示其在干旱区不同环境中的繁殖策略及对本地植物有性繁殖的影响。主要结论如下：(1)不同入侵区域黄花刺茄的开花物候受环境因子的影响，而单花开放时间、开花持续时间以及花序上每天开放的左、右旋花数比值主要受自身遗传特性的制约。人工授粉试验表明，黄花刺茄自交亲和，异交为主，且自交和异交水平无显著差异，说明在新疆不同入侵区域该物种不存在繁育系统分化。 (2) 在原产地黄花刺茄的主要传粉者为Anthophora spp.、Bombus spp.和Xylocopa spp.，在新疆黄花刺茄的传粉者有熊蜂、扁柄木蜂、四条隧蜂和隧蜂，且不同入侵区域传粉者组合有所不同；传粉昆虫的访花行为均为蜂振传粉。从传粉者的访花频率、体型大小和传粉效率来看，体型中等的四条隧蜂是黄花刺茄的稳定且有效传粉者。因此，在新疆不同入侵区域四条隧蜂替代体型较大的熊蜂成为稳定的传粉者，且具有较高的访花频率和传粉效率，从而保障了黄花刺茄的有性繁殖成功。(3)黄花刺茄的入侵可吸引与其距离较近的本土植物骆驼蓬的共享传粉者，减少骆驼蓬授粉的机会和有性繁殖产量，但并不影响较远距离的骆驼蓬的有性繁殖，从而进一步验证入侵植物对本土植物传粉及种子产量的影响存在距离效应的假说。（4）报道了黄花刺茄叶绿体全基因组序列，且基于cp-PCGs连锁编码序列的系统发育分析表明，在茄属植物中黄花刺茄与S. elaeagnifolium亲缘关系非常密切，这将为进一步研究该物种的遗传进化机制提供理论基础。