当前，环境健康与生态安全是全世界社会各界密切关注的焦点之一。但是，我国当前面临比发达国家更加严重的环境健康与生态安全问题。而环境健康与生态安全关乎环境质量、生态水准、经济发展、人民健康、社会和谐与国家稳定。更为重要的是，国家层面也高度重视环境健康与生态安全，并将环境健康与生态安全纳入新时代国家安全体系构成国家安全体系的重要组成部分，系统规划国家环境健康与生态安全风险防控和治理体系建设，全面提高国家环境健康与生态安全治理能力。其中以入侵植物介导的生物入侵为代表的生物安全问题是近年来社会各界备受关注的环境健康与生态安全问题。特别是入侵植物介导的生物入侵导致的环境生态风险问题日益凸显，如入侵植物可以显著影响本地生态系统的结构和功能，尤其是可以导致生物多样性丧失。因此，阐明入侵植物成功入侵的关键机理，已成为当前入侵生态学领域备受关注的重大前沿科学问题之一。

作为世界上国土面积广阔的国家之一（位列世界第三），我国经纬度跨越范围长（东西跨越经度约62°；南北跨越纬度约50°），并涵盖多个气候带类型（主要覆盖热带、亚热带、中温带、暖温带、寒温带以及高山高原气候带），进而形成多种类型的生态系统。而我国广阔的地域和多样化的生境条件，使得绝大部分来自世界各地的外来物种，特别是入侵植物，均能最大程度上在我国找到适合其自身的栖息地，并能成功建立种群且能进一步快速繁殖和大肆扩散（Yan et al. 2014, 2021; Wang et al. 2016）。截至2014年，我国已分布的入侵植物共515种，其中江苏已高达230种（Yan et al. 2014），且在我国已分布的入侵植物中隶属于菊科的入侵植物最多（共92种；占比为17.86%）（Yan et al. 2014）。国家生态环境部2020年发布的《2019中国生态环境状况公报》数据显示：我国已分布的入侵物种共660多种，其中71种对环境健康与生态安全已造成或具有潜在威胁，而被列入了《中国外来入侵物种名单》，且在四批《中国外来入侵物种名单》中隶属于菊科的入侵植物最多（共17种；占比为43.59%）。因此，阐明菊科入侵植物成功入侵的关键机理至关重要。

相关研究表明：化感作用在相当部分的入侵植物成功入侵进程中起着关键性的作用，特别是入侵植物可以通过分泌化感物质抑制本地植物的种子萌发和幼苗、植株生长（Jeffrey and Ragan 2010; Wei et al. 2020, 2021; Cheng et al. 2021; Yu et al. 2022）。此外，基于入侵植物对本地植物的化感作用，生态学家提出了新武器假说（Novel weapon hypothesis），即：入侵植物可分泌化学物质（即：化感物质）作为新的植物-土壤互作的介质，进而显著抑制本地植物的种子萌发和幼苗生长，从而利于入侵植物的成功入侵（Ragan and Wendy 2004）。更为关键的是，相关研究表明：化感作用在入侵植物中是广泛存在的，其中在科分类级别，调查的113个科中，72%的科的入侵植物均存在明显的化感作用（Kalisz et al. 2021）。因此，化感作用在入侵植物成功入侵进程中起着关键性的作用。所以，解析入侵植物，特别是菊科入侵植物，对本地植物种子萌发和幼苗生长产生的化感作用及其关键机理对阐明其成功入侵的机理至关重要。

但是，在入侵植物化感效应研究领域，国内外现已有的研究主要聚焦入侵植物地上部分的化感效应及其关键机理，而忽视了地上部分和地下部分复合化感效应耦合调控的入侵植物成功入侵的关键机理，特别是基于地上部分和地下部分复合化感效应耦合调控的不同入侵程度的入侵植物成功入侵的关键机理。

基于此，本所王从彦老师聚焦化感效应，对比分析了恶性入侵植物加拿大一枝黄花的叶浸提液和根浸提液对本地植物种子萌发和幼苗生长的单一和复合影响及其关键机理，并以入侵植物加拿大一枝黄花的不同入侵程度为研究切入点，并独辟蹊径，全景式对比分析了不同入侵程度的入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分对本地植物种子萌发与幼苗生长的单一和复合化感效应，以进一步阐明基于地上部分和地下部分复合化感效应耦合调控的不同入侵程度的入侵植物加拿大一枝黄花成功入侵的关键机理。

本研究入侵植物选择加拿大一枝黄花（Solidago canadensis L.）。选择加拿大一枝黄花作为实验材料的原因如下：（1）加拿大一枝黄花隶属于菊科，且在物种组成方面，中国已分布的入侵植物以及华东地区已分布的入侵植物隶属于菊科的种类最多。其中中国已分布的入侵植物隶属于菊科的物种数高达92种，约占中国已分布的入侵植物总物种数的17.86%（Yan et al. 2014）。（2）加拿大一枝黄花原产于美洲，且中国已分布的入侵植物以及华东地区已分布的入侵植物原产于美洲的种类最多。其中中国已分布的入侵植物原产于美洲的种类引入频次高达137，约占中国已分布的入侵植物总引入频次的21.47%（Yan et al. 2014, 2021）。（3）加拿大一枝黄花已在世界多个地区以及中国大部分地区（特别是华东地区）造成了显著的环境生态影响，并均已被国家环境保护部（现为生态环境部）列入了《中国外来入侵物种名单》（环境保护部 2010）。（4）在苏南地区（特别是镇江市），加拿大一枝黄花常常可以在野外生境形成大范围的、高密度的单优群落。（5）前期相关研究表明：加拿大一枝黄花具有较强的化感效应。

本研究选择莴苣作为种子萌发和幼苗生长受试植物。原因如下：（1）莴苣与入侵植物加拿大一枝黄花均属于菊科，以避免所用本地植物种类的亲缘关系过远而导致实验结果受影响。（2）莴苣种子萌发速度快且比较均一，其指标也易测定。（3）莴苣的种子萌发和幼苗生长对外界胁迫（包括入侵植物的化感效应）非常敏感。（4）在野外特别是苏南地区，莴苣种植区被入侵植物加拿大一枝黄花入侵的情况比较严重。

主要研究结果为：入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分均对本地植物种子萌发和幼苗生长产生显著的化感作用，但入侵植物加拿大一枝黄花地上部分的化感作用显著强于地下部分的化感作用；与入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分的单一化感作用相比，入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分的复合化感作用存在一定的叠加效应；入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分的单一和复合化感作用均存在浓度依赖性，且浓度越高其化感作用越强；入侵植物加拿大一枝黄花地上部分和地下部分的单一和复合化感作用均存在入侵程度依赖性，且入侵程度越高其化感作用越强。

Fig. Stress intensity index treated with different concentrations of the aqueous extracts of either leaves, root or both leaves and root of S. canadensis plants with light and heavy invasion intensities on L. sativa. Bars (means & SE; n = 30) with different letters represent significantly different means (P < 0.05). Abbreviations: L10, 10 g L^–1 leaf extract; L20, 20 g L^–1 leaf extract; R10, 10 g L^–1 root extract; R20, 20 g L^–1 root extract; L10+R10, the combined leaf and root extracts with 10 g L^–1 each; L20+R20, the combined leaf and root extracts with 20 g L^–1 each.

研究结果可对阐明恶性入侵植物加拿大一枝黄花成功入侵的关键机理，特别是基于地上部分和地下部分复合化感效应耦合调控的不同入侵程度的入侵植物加拿大一枝黄花成功入侵的关键机理，奠定强有力的理论支撑，并为今后快速推进我国生态文明建设水平并为筑建美丽中国奠定坚实的环境生态基础提供坚实的实践基础，从而为实现中华民族伟大复兴的中国梦以及建设新时代“强富美高”新江苏贡献一份绵薄之力。

全文链接：https://doi.org/10.1007/s41742-022-00428-3