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南京農業大學學者在外來雜草入侵機制研究方面取得突破
2021-01-07 國家自然科學基金委員會

  

  圖1. 加拿大一枝黃花的細胞地理學分析及其成功入侵機制

  在國家自然科學基金項目(批準號:31870526)資助下,南京農業大學強勝課題組為被子植物擴張提供了新證據。研究成果以“全球氣候變化下同源多倍化驅動溫帶起源植物向泛熱帶的范圍擴張(Autopolyploidy-driven range expansion of a temperate-originated plant to pan-tropic under global change)”為題,于2020年12月4日在《生態學專論》(Ecological monographs)上在線發表。程繼亮和李君博士為共同第一作者。(論文鏈接: https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ecm.1445.)

草莓视频app下载污  傳統觀點認為被子植物起源于熱帶地區,通過多倍化驅動冷氣候適應向兩極擴張分布范圍。然而,對原產于北美溫帶地區、全球重要的入侵植物加拿大一枝黃花(Solidago canadensis L.)的研究卻發現,多倍化增強耐熱性分化驅動了其分布范圍從溫帶向赤道的逆向擴張,這一發現是對傳統觀念的重大突破。

草莓视频app下载污  加拿大一枝黃花近年來廣泛入侵歐洲和東亞等地區,在中國亞熱帶季風氣候區猖獗,造成嚴重的生態災害。該研究對全球471個樣點的2062份材料進行細胞地理學分析,證實了入侵我國的加拿大一枝黃花全部是多倍體,而原產地則有二、四、六倍體,二倍體種群僅入侵歐洲和東亞的溫帶地區。進一步分析發現,該物種的倍數水平與緯度呈顯著負相關,與溫度呈顯著正相關,并形成了20-24℃等溫線氣候生態位差異分化帶。原產地和入侵地的同質園試驗表明,多倍體尤其是入侵地多倍體演化出更有效的耐熱生理特性,即多倍體通過抗氧化酶高效清除活性氧而二倍體更多地依賴抗氧化劑應對熱脅迫。二倍體之所以不能在我國亞熱帶入侵,關鍵是由于夏季高溫氣候條件下胚胎敗育導致只開花不結果。入侵地多倍體可以耐受高溫使胚胎正常發育產生可育的種子,而且能夠通過延遲開花的高溫避讓機制在更適宜的氣候條件下產生巨量的種子。這種倍性依賴的耐熱性以及有性生殖特性的演化是預適應和入侵后迅速演化共同作用的結果。該研究首次揭示了外來植物成功入侵事件的關鍵內在要素,為溫帶起源植物通過同源多倍化驅動分布范圍逆向擴張提供依據。最大熵模型(MaxEnt)預測該物種的適生區范圍將隨全球變暖持續擴張,這種植物演化的新動向為應對全球變化和多樣性降低提供了新的研究思路,為我國加強外來入侵植物加拿大一枝黃花管理提供了堅實的理論基礎。

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