克隆劳动分工对入侵植物喜旱莲子草及其近缘种的影响

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植物入侵严重影响全球和区域生态系统的多样性以及国民经济的稳定性,而克隆植物是这些外来入侵植物的主要类群。克隆植物的成功入侵与其独特的克隆生活史性状密切相关,而克隆整合介导的克隆内劳动分工是这些克隆性状中最为重要的一个。喜旱莲子草是入侵我国的外来植物当中危害最大的克隆植物之一,然而对其克隆劳动分工作用的研究较少,且仅局限于喜旱莲子草在异质性条件下自身的克隆劳动分工作用,缺乏与其它物种尤其是莲子草属近缘种的对比研究,因而并没有直接揭示克隆劳动分工对其入侵性的贡献。本文以入侵种喜旱莲子草为主要研究对象,并选取与其同属的本地植物莲子草以及外来非入侵植物锦绣苋为对比研究对象,采用温室控制实验的方法,运用比较生态学原理,研究克隆劳动分工对喜旱莲子草及其近缘植物的影响及其差异。以期以模式克隆植物喜旱莲子草为代表,揭示克隆劳动分工对入侵植物的贡献及其机制。本文主要研究结果如下:(1)从验证两种类型的克隆劳动分工为目的出发,分别设置同质与异质资源两部分实验,控制营养和光照条件,对入侵种喜旱莲子草、非入侵种锦绣苋、本地种莲子草克隆片段进行切断(阻断劳动分工)与保持连接(允许劳动分工)处理,探究三种莲子草属植物的克隆劳动分工存在与否以及能力强弱。结果表明:在异质性资源条件下,基端低光照高养分-先端高光照低养分(LH-HL)处理下,喜旱莲子草基端分株地下部分和先端分株地上部分发生功能专化,生长于高光照低养分的相连先端分株的根冠比显著小于切断先端分株,生长于低光照高养分的相连基端分株的根冠比显著大于切断基端分株,连接的先端分株向地上结构投入了更多的生物量,导致了更强的克隆繁殖能力,显著增加了整个克隆片段的生物量,实现整个克隆植株的劳动分工。锦绣苋和本地莲子草只发生基端分株地下部分的功能专化,且匍匐茎连接显著增加锦绣苋整个克隆片段的总生物量。同质高光照低养分和低光照高养分处理下,匍匐茎连接的喜旱莲子草基端分株地下部分发生功能专化,显著增加喜旱莲子草整个克隆片段的总生物量,同时,同质高光照低养分处理下的锦绣苋以及同质低光照高养分处理下的本地莲子草基端分株地下部分也发生功能专化,它们将资源更多地补给到基端部分的地下结构,导致更大的根冠比。(2)通过剪切入侵种喜旱莲子草及其近缘的本地莲子草、非入侵种锦绣苋的叶片模拟自然生境中的采食作用,设置连接和切断两种状态下的整合实验,致力于探究去叶生境中喜旱莲子草及其近缘种先端、基端分株的克隆劳动分工效应。结果表明:在对照处理以及中度去叶处理的情况下,喜旱莲子草没有发生明显的克隆劳动分工现象,但连接分株之间在不同程度的去叶水平下均发生了克隆整合作用,显著增加了对照组整个克隆片段的总生物量,在重度去叶的实验条件下,喜旱莲子草基端分株发生分工现象,体现在当匍匐茎连接相较于切断,显著增加了喜旱莲子草基端部分的根冠比,增加了基端分株的生物量以及整个克隆片段的总生物量;在对照处理以及中度去叶处理的情况下,锦绣苋以及本地莲子草基端分株发生专化现象,体现在当匍匐茎连接相较于切断,显著增加了基端部分的根冠比以及对照组锦绣苋整个克隆片段的总生物量,而在重度去叶的处理下不发生劳动分工现象。(3)通过构建喜旱莲子草及其近缘种不同的竞争群落,同时对喜旱莲子草的相连分株保持连接或切断,比较不同竞争条件下克隆劳动分工对喜旱莲子草的直接影响以及对其近缘种的间接影响。结果表明:在对照处理以及与本地莲子草(AS+AP+AS)、与锦绣苋(AB+AP+AB)竞争条件下,喜旱莲子草连接的基端分株发生明显的分工现象,产生更大的根冠比,显著增加基端分株的地下生物量。无种间竞争时,喜旱莲子草先端分株优先保证地上部分的生长,基端分株更多的将生物量投入到地下部分,体现了克隆片段内的劳动分工。存在与本地莲子草或锦绣苋的种间竞争时,连接的喜旱莲子草虽然发生基端分株的功能专化,增加喜旱莲子草基端分株的生物量,与对照组相比,喜旱莲子草基端分株的根冠比显著减小,分工能力明显下降。同时,喜旱莲子草的功能专化作用显著影响了本地莲子草以及锦绣苋的生长,且对锦绣苋的抑制作用更明显。
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