外来入侵植物能量利用特性及调节机制的研究

生物入侵危害严重，但迄今为止，有关外来植物入侵成功的机制还未得到充分的认识。每种植物的生长都涉及到能量的利用过程。那么，外来植物的入侵成功是否与其特殊的能量利用策略有关呢？本项目选取6种具有代表性的不同生活型的入侵植物为研究对象，与伴生或近缘的本地种作对比，探讨入侵植物与本地植物在能量的吸收、同化、能量在不同组织器官的投资和分配模式、以及能量利用效率四个方面的差异，揭示外来植物入侵成功的能量学机制。同时，从不同光环境入手，探讨入侵植物能量利用特性的变化规律；并着重从叶片光合电子传递、吸收光能的利用和分配特性，以及生物量建成成本两个方面，揭示入侵植物能量利用过程的调节机制，从机理上解释外来入侵植物对环境变化的适应性。本项目从能量利用的整个过程，探讨入侵植物的能量利用特性和调节机制，从新的角度进一步加深对外来植物入侵机制的认识，研究内容涉及学科发展的前沿，具有重要的理论价值。

本项目选取薇甘菊（Mikania micrantha）、三裂叶蟛蜞菊（Wedelia trilobata）、飞机草（Eupatorium odoratum）、五爪金龙（Ipomoea cairica）、空心莲子草（Alternanthera philoxeroides）、马樱丹（Lantana camara）6种具有代表性的入侵植物作为研究对象，与伴生或近缘的本地种作对比，通过野外调查与环境控制实验相结合的方法，探讨入侵植物在不同光环境下的适应性及能量利用策略，揭示外来植物入侵成功的能量利用特性及调节机制。. 研究结果表明，入侵植物与本地植物相比在三种不同光强条件下（透光率分别为100%，25%，12.5%）积累了较高的生物量，表现出对不同光环境较强的适应性。这与其有效的能量利用策略有关。在强光下，入侵植物的叶绿素含量降低、光能用于热耗散的比例（ΦNPQ）增加，从而减少了对光能的吸收，避免了过剩光能对光合机构的损伤；而在弱光下，入侵植物较本地种具有较大的比叶面积（SLA），对光的捕获能力增强。入侵植物光系统II在光能吸收方面表现出灵活的调节模式，使其能够在保护光合机构的同时最大程度的增加光能的吸收。在三种光环境下，入侵植物与本地植物相比，具有较高的最大光合速率（Pmax）和净光合作用速率（Pn），表现出更高的光合潜力和碳同化能力。与此同时，入侵植物用于投入生物量建成的能量成本（CC）较低。因此，入侵植物在不同光环境下均表现出较本地植物具有更高的能量利用效率（PEUE），这从机制上进一步解释了“入侵植物较本地植物在三种光环境下具有较高生物量”的原因。. 本项目从植物能量利用的整个过程入手，系统的阐明了外来入侵植物在不同光环境下能量的吸收、同化、投资成本以及利用效率方面的特性，揭示了外来入侵植物适应不同光环境的能量利用策略，从新的角度进一步加深了对外来植物入侵机制的认识，填补了国内外研究空白，具有重要的理论价值。