昆虫取食压力驱动的入侵植物组成-诱导防御策略

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研究入侵植物与植食性昆虫的互作关系对揭示外来植物的入侵机制至关重要。在入侵地,外来植物逃离了专食性昆虫取食,只遭受广食性昆虫取食,导致入侵植物的防御策略发生变化。并且,不同外来植物遭受的昆虫取食压力不同。昆虫取食压力会影响植物的组成-诱导防御策略。然而,昆虫取食压力如何影响外来植物的组成-诱导防御策略,进而对植物入侵有何影响尚不明确。本论文以多种外来植物为研究对象,通过野外调查和同质园实验探究外来入侵植物和本土植物的昆虫群落差异和昆虫取食率差异;结合昆虫生测实验,明确昆虫取食压力对入侵植物组成防御和诱导防御的影响;通过次生代谢分析,揭示植物次生代谢物质对入侵植物组成-诱导抗性的调控机制;检测植物生长速率,阐释植物组成-诱导防御策略对植物竞争力的影响。主要研究结果如下:(1)通过对河南、山东、河北、江苏四省28个样点的野外调查发现,外来入侵植物所遭受的昆虫取食压力显著低于本土植物。同时,不同种的外来入侵植物所遭受的昆虫取食压力不同,叶片取食率介于3.67%~83.07%。入侵植物上的植食性昆虫生物量也存在显著差异,其中鳞翅目昆虫为入侵植物的优势昆虫。相关分析结果表明,入侵植物上的植食性昆虫生物量与危害程度呈正相关。(2)选取野外调查中的14种优势入侵植物,并用本土近缘植物进行配对,进行同质园实验。结果表明,同一生境下入侵植物的昆虫取食率比本土近缘植物低70.9%,不同植物所遭受的植食性昆虫取食率不同,入侵植物的叶片取食率介于0.31%~27.64%。本土近缘植物的叶片取食率介于8.01%~45.05%。入侵植物上的植食性昆虫生物量存在明显差异,其中鳞翅目昆虫为入侵植物的优势昆虫。相关分析结果表明,植物上的植食性昆虫生物量与植物叶片取食率呈正相关。(3)室内控制实验表明,在组成抗性方面,入侵植物的组成抗性与其所遭受的取食压力呈正相关,而本土植物的组成抗性与取食压力无相关性;取食健康的入侵植物和取食健康的本土植物的幼虫增重没有差异。在诱导抗性方面,入侵植物的诱导抗性与其所遭受的取食压力呈负相关,本土植物的诱导抗性与取食压力无相关性;昆虫诱导的入侵植物比昆虫诱导的本土植物防御能力提高22.2%。(4)次生代谢分析表明,14种入侵植物的组成型总酚含量与昆虫取食压力呈正相关,而入侵植物的诱导型总酚含量与昆虫取食压力呈负相关。本土植物的组成型总酚含量、诱导型总酚含量与昆虫取食压力均无相关性。入侵植物和本土近缘植物的组成型总酚含量没有差异,而入侵植物的诱导型总酚含量是本土植物的两倍。对总三萜的含量分析发现,入侵植物和本土植物的组成型总三萜和诱导型总三萜与昆虫取食压力均没有相关性。(5)测量入侵植物与本土近缘植物的生物量,检测防御与生长的相关性。结果表明,入侵植物的生物量显著高于本土植物生物量。诱导防御强度与生长的相关分析表明,诱导防御强度与植物生长率之间呈显著正相关,即诱导防御能力越强,植物的生长潜力越大。以上研究结果表明,昆虫取食压力改变了入侵植物的组成-诱导防御策略,昆虫取食压力越大,外来入侵植物的组成抗性越强,诱导防御越弱,反之亦然,总酚在入侵植物组成-诱导防御策略中发挥重要作用。与本土植物相比,入侵植物采取低组成、高诱导的防御策略,提高了其竞争力。研究结果对于明确昆虫取食压力对入侵植物组成-诱导防御策略的影响具有重要的理论价值,为进一步揭示外来植物的入侵机制提供了重要的依据。
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