外来植物入侵对土著植物繁殖成功及表型分化的影响

Biological invasions have become a global phenomenon. Invasive plants reduce the biodiversity of native plant communities through strong vegetative competition, often outcompeting naitve plants for sunlight, soil and water, and overwhelming naitve comnnunities through high reproductive output, altering functioning of ecosystems. In addition, invasive plants can also reduce the fitness of their native neighbors through competition for pollinator services. Despite the dramatic effects of many invasive species, it is still possible in many places to find native species coexisting with exotic invaders. Therefore, invasive plants can be treated as the strong selective force exerting on the rapid adaptation and evolution of remnant natives in introduced communities. During the past decades, more attention has been paid to the evolution of alien species, with less attention to the alternations in sexual reproductions and the adaptation of remnant natives. In this research project, we will conduct a series of experiments to two invasive pants (Trifolium repens and Chamaenerion angustifoliumin) and native plants in Hengduan Mountains Region located in southwest China, to address (1) the effects of plant invasions on sexual reproductive success of the remnant natives through intense competition for the sharing pollinators at populaiton level; (2) how the invasive plants affect native communites through pollinator networks and pollen transfer networks at community level; and (3) what possessed adaptations of these remnant natives allow them to persist in invaded environments. The answers to these questions will provide some theoretical basis for the control and management of alien plants and shed some light on the rapid response of native plants to selective pressures exerted by alien plants.

外来生物入侵已经成为全球关注的一个热点问题。外来入侵植物不仅可以通过对土壤、水分和光照等资源的高效利用来排挤和抑制本地植物，而且也可以通过共享传粉者的途径来影响土著植物的有性繁殖成功。另外，外来植物的入侵作为一种强大的选择压力，也会促使某些土著植物快速地在表型性状上表现出适应性的改变。目前对入侵种的进化生物学关注较多，但缺少对土著植物在外来种入侵压力下的繁殖对策和响应机制的研究。本项目将以我国横断山区广泛分布的两种入侵植物白花车轴草和柳兰以及与之同域共存的土著植物为研究对象，从种群水平和群落水平上研究入侵植物对土著植物有性繁殖成功的影响；通过表型选择的方法寻找本地植物应对外来植物入侵的响应证据。以期从繁殖和适应的角度探求入侵植物与土著植物之间的复杂关系，并为有效管理和控制外来杂草提供科学依据；同时也为入侵植物-土著植物的种间关系研究提供新思路

外来生物入侵已经成为全球关注的一个热点问题。外来植物的入侵作为一种强大的选择压力，也会促使某些土 著植物快速地在表型性状上表现出适应性的改变。目前对入侵种的进化生物学关注较多，但缺少对土著植物在外来种入侵压力下的繁殖对策和响应机制的研究。本项目将以我国横断山区广 泛分布的两种入侵植物白花车轴草和柳兰以及与之同域共存的土著植物为研究对象，从种群水 平和群落水平上研究入侵植物对土著植物有性繁殖成功的影响；通过表型选择的方法寻找本地植物应对外来植物入侵的响应证据。我们随机选择白花车轴草入侵程度不一的样 方，定量研究传粉昆虫与植物之间的连接数、镶嵌度、柱头上花粉转移数（包括同种花粉和异种花粉）的数量分别建立传粉者网络和异种花粉转移网络可视化结构图，并分析外来白车轴草入侵对本在植物繁殖和形态分化的影响。从种群水平上分析入侵杂草对本地植物繁殖成功的影响。定点检测传粉者对土著植物的访问频率、访问者忠诚度和异源花粉干扰程度；通过人工授粉（杂交、混合花粉）检测异源花粉对花粉萌发、花粉管生长和结实的影响。从群落水平分析入侵杂草对本地植物传粉网络结构的影响。我们对上述样地中杂草入侵程度不同的群落里的所有同时开花的植物（包括土著种和入侵种）作为研究对象，构建整个群落的传粉者网络结构和花粉传递的网络结构。本实验研究发现当地有几种昆虫均可以为其传粉，但各处昆虫之间的传粉效率差别很大，蜂类（蜜蜂和熊蜂）为其最有效的传粉者，而蝶类和甲虫类则较低。这说明，柳兰可以较好地适应中国入侵地的传粉昆虫而实现有性繁殖。这也从侧面解释了其成功入侵的基础。理论模型预测，随时全球温度的升高，柳兰的适生分布区将会在中国的高海拔地区特别是物种多样性和特有性非常度的横断山区大量分布，这将极大地威胁中国的高原生态系统；外来植物白花车轴草严重影响了横断山区本土植物的传粉网络，导致传粉者与本地植物之间的连接数与传粉稳定性降低；在入侵程度高的地方，会引起本土植物-传粉网络的崩溃，这将潜在地影响植物的生存和形态分化。