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薇甘菊种群在海南扩散过程中性状的进化研究

批准号:
32071662
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
黄乔乔
学科分类:
可持续生态学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
黄乔乔

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
入侵种在扩散过程中常常发生着性状的快速进化,然而,当前人们对这一问题在入侵植物中的研究还较少,且研究的性状一般是种子大小和传播能力、竞争能力,而忽视了对影响种子传播能力进化的机制、竞争能力的进化在种群水平上的生态学效应、表型可塑性、自交能力和种子发芽性状的研究。为此,本项目提出以下科学问题:入侵植物扩散过程中其种子大小和传播能力如何进化,局部种群密度在其中的作用是什么?种内种间竞争能力如何进化,种内竞争能力的降低是否可提高群体水平上的入侵能力?表型可塑性、自交的可能性、种子发芽率和发芽速度如何进化?本项目拟以在海南快速扩散的入侵植物薇甘菊为材料,采用同质园实验,通过研究不同扩散距离的种群在性状方面的差异及其机制或生态学效应,来回答上述问题。本项目在理论上可发展植物入侵的扩散理论,扩展和深化人们对入侵植物扩散过程中性状进化模式及其机制或效应的认识,实践上可为入侵植物的防控管理提供科学依据。
英文摘要
The traits of invasive species often rapidly evolve during spread, but currently human research on this topic is limited in invasive plants, and the traits studied are commonly seed size and dispersal ability, and competitive ability, ignoring the research on the mechanisms influencing the evolution of seed dispersal ability, the population-level ecological effect of the evolution of competitive ability, phenotypic plasticity, the capacity for self-fertilizaiton, and seed germination traits. Thus, this project raises the following scientific questions: how do the seed size and dispersal ability evolve during spread in invasive plants, and what is the role of local population density in this evolution? How do the intra- and interspecific competitive ability evolve, and can the reduced intraspecific competitive ability increase the population-level invasiveness? How do phenotypic plasticity, the capacity for self-fertilizaiton, seed germination rate and germination speed evolve? Using the rapidly spreading invasive plant Mikania micrantha in Hainan as the target plant and through common garden experiments, this project aims to answer the above questions by studying the trait differences among populations with different spreading distances and their mechanisms or ecological effect. Theoretically, this project can develop the theory of spread in plant invasion and broaden and deepen human understanding of the patterns of trait evolution during spread of invasive plants, and their mechanisms or ecological effect, and practically, this project can provide a scientific basis for the prevention, control and management of invasive plants.
薇甘菊近20年在海南快速扩散,严重危害农林业生产、生物多样性和生态环境,但其种群快速扩散过程中性状的进化模式及其机制不清楚。此外,先前关于入侵植物种群扩张过程中性状的进化模式多是在单独生长时研究,而缺乏在种内竞争时进行研究。由于入侵植物常形成高密度的单优群落,我们更应在种内竞争条件下研究入侵植物种群扩张过程中性状的进化模式。为此,本项目的主要研究内容包括:入侵植物薇甘菊在海南扩散过程中生长和竞争能力的变异模式及其对薇甘菊群体生长的影响、瘦果传播能力的变异模式及其如何受种内竞争的影响、对无机环境因子的响应模式、以及种子萌发性状的变异模式。以在海南扩散的27个薇甘菊种群为对象,我们研究发现:(1)在11升花盆中,薇甘菊群体生物量与距入侵中心距离间呈负相关关系,说明薇甘菊扩散边缘的种群在高密度生长时的表现更差。在3升花盆中,薇甘菊群体生物量与根冠比呈负相关关系,可能是因为在地下资源很有限时,过度进行地下竞争的种群其群体整体的生长更差。这是首次在入侵植物中发现过度投资资源于竞争器官导致群体整体生长更差的现象。(2)种植密度增加增大了薇甘菊瘦果的质量而降低了其传播能力,说明薇甘菊在种群密度增加时倾向于增加下一代的竞争能力而不是增大传播能力以逃避竞争。野外采集的薇甘菊瘦果其传播能力和同质园高密度种植收获瘦果的传播能力正相关,而与单独和低密度种植收获瘦果的传播能力不相关,说明野外薇甘菊的瘦果性状更可能是在种内高密度竞争选择出的结果。这些结果表明未来研究入侵植物种子传播性状时应考虑种内竞争的作用。(3)薇甘菊各种群对养分增加、干扰、遮阴的响应,以及种子萌发性状并不随种群盖度或频度而改变,说明各种群对无机环境因子的适应性没有差别,且扩散边缘种群的种子并没有更高的萌发率和更快的萌发速度。研究结果可推动植物入侵扩散理论的发展,并为理解薇甘菊扩散机制提供科学依据。
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