环境波动条件下克隆整合对喜旱莲子草及其近缘种生长和竞争的影响

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入侵植物严重影响全球生态环境的稳定性及物种多样性,甚至从生态学逐步扩展至经济、政治领域。喜旱莲子草(Alternanthera philoxeroides)是克隆性入侵研究的模式植物,独特的克隆生活史赋予其强大的资源整合和生长繁殖能力,能够突破资源、环境在时间和空间上限制,实现对各类型生态系统的成功入侵。近年来,全球气候变化加剧了全球区域生态系统所受扰动的频率和程度,降低了生境中环境要素的稳定性。已有的研究多集中于对环境因子空间上异质性的探讨,但对于扰动所造成周期性或非周期性变化缺乏关注。由于时间和空间在自然界中是不可分割的,因此,对于生境资源异质性的分析,有必要将两种异质性因素综合考虑。本文以入侵植物喜旱莲子草为主要研究对象,并选取非入侵性外来种锦绣苋(Alternanthera bettzickiana)和本地种莲子草(Alternanthera sessilis)作为对照,比较资源、环境波动性变化对喜旱莲子草及其近缘种生长生理表现的影响,以及生理整合在种间竞争过程中的作用,以期更深入地揭示克隆整合在喜旱莲子草成功入侵中的机制。本文的主要研究结果如下:(1)研究选取同为外来种的喜旱莲子草和锦绣苋,采用比较生态学的实验方法,设计了外来种之间的种间竞争实验,对外来种之间的竞争力直接比较;同时模拟自然环境中可能出现的由降水、水文变化所带来水分资源的斑块波动性变化。实验中在受试植物的先端设置了两种资源水平,一是水分随时间均匀加入的均衡环境,探究在一般空间异质性条件下两种植物的生长表现;另一种是水分随时间以非均匀的方式加入的波动性环境,探究波动异质性条件对两种植物的生长繁殖造成的影响,以及克隆整合在其中的作用。实验结果表明:资源环境的波动性会对植物生长产生影响,不同植物对资环境波动性的响应不同。与水分均衡环境处理相比,当入侵种喜旱莲子草生长和生理表现在水分波动环境条件下有所提高;仅当分株间无连接且面临竞争时水分波动性降低了植物先端的生长表现;而相比之下,资源的波动性对锦绣苋的生长存在一定程度负面影响。波动资源环境下,两种植物的种间竞争程度不同:水分资源波动性环境对喜旱莲子草无影响,却降低了锦绣苋的竞争力。克隆整合在一定程度上提高了资源均衡条件下喜旱莲子草和锦绣苋的竞争力水平,并对环境波动性产生的负面影响存在缓解作用,但这种作用可能更多地体现在植物的繁殖策略而不是直接体现在植物的生长表现或竞争能力上。(2)研究选取入侵种喜旱莲子草和本地种莲子草,设计二者之间的竞争实验,并对竞争力进行直接比较,同时在竞争环境中模拟自然环境中可能出现的波动性扰动和胁迫。实验中以盐胁迫为胁迫因子,设置无胁迫组为空白对照,在受试植物的先端设置了两种胁迫水平,一是盐浓度随时间匀速递增的均衡的变化环境,二是盐浓度随时间波动性增加的环境,探究均衡和波动的异质性胁迫条件对两种植物的竞争的影响,以及克隆整合在其中的作用。实验结果表明:波动性盐胁迫环境显著影响喜旱莲子草及本地莲子草的生理、生长与繁殖等表现。盐胁迫波动增加对本地莲子草的抑制作用(显著)高于喜旱莲子草,因此喜旱莲子草在受到非营养性资源扰动的条件下展现出更强的适应性,与本地莲子草相比。盐胁迫环境中植物的种间竞争强度减小,且不受克隆整合的直接影响,但克隆整合存在时植物在一定程度上出现了结构和功能上的专化,通过不同的生长和繁殖策略实现对资源的有效利用及对恶劣环境的适应性生存。小结:喜旱莲子草及其近缘种的生长对资源环境波动性的响应不同,喜旱莲子草对扰动的生境展现出更强的适应性;环境的变动显著影响喜旱莲子草及其近缘种的种间竞争,本地种竞争力下降更为明显;克隆整合存在时,喜旱莲子草结构和功能上的专化程度更高,并通过不同的生长和繁殖策略实现对资源的有效利用及对恶劣环境的适应性生存。
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