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。

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。

入侵塌陷假说认为：一种入侵植物成功入侵后可通过直接或间接的途径构建一个利于其它入侵植物种类入侵的环境条件，进而提升其它入侵植物种类成功入侵的几率，进而导致两种入侵植物共同入侵的形成，并进一步对生态系统产生多重影响(Simberloff and Von Holle, 1999; Flory and Bauer, 2013; Kuebbing et al., 2013, 2014, 2016; Braga et al. 2017; Wang et al., 2018, 2020, 2021, 2022; McGrannachan and McGeoch, 2019)。因此，同一生态系统中可能遭受到两种甚至是两种以上入侵植物种类的共同入侵(也称协同入侵或次生入侵或入侵塌陷或入侵漩涡)(Flory and Bauer, 2013; Kuebbing et al., 2013, 2014, 2016; Wang et al., 2017, 2018, 2020, 2021, 2022; McGrannachan and McGeoch, 2019; Sheppard, 2019)。然而，入侵植物种类数量的变化可能通过改变化感物质的种类组成进而影响入侵植物对本地植物的化感效应。但是，关于两种入侵植物复合化感效应耦合调控的入侵植物成功入侵的关键机理方面的研究尚不够清晰，仍需进一步解析。特别是，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单一入侵植物的化感效应及其关键机理，而忽视了两种入侵植物复合化感效应耦合调控的入侵植物成功入侵的关键机理，特别是不同类型氮沉降下化感效应耦合调控的两种菊科入侵植物共同入侵的关键机理。

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和小飞蓬对本地植物种子萌发和幼苗生长的单一和复合化感影响及其关键机理，以进一步阐明不同类型氮沉降下化感效应耦合调控的两种菊科入侵植物共同入侵的关键机理。

本研究入侵植物选择加拿大一枝黄花（Solidago canadensis L.）和小飞蓬（Conyza canadensis (L.) Cronq.）。选择加拿大一枝黄花和小飞蓬作为实验材料的原因如下：（1）这两种入侵植物均隶属于菊科，以尽量减少植物亲缘关系所致的差异，且在物种组成方面，我国已分布的入侵植物和华东地区已分布的入侵植物隶属于菊科的种类最多。其中我国已分布的入侵植物隶属于菊科的物种数高达92种，约占我国已分布的入侵植物总物种数的17.86%（闫小玲等 2014; Wang et al. 2016; 严靖等 2021）。更关键的是，近年来，本项目申请人在野外生态调查中发现，在苏南地区（特别是镇江市）常常可以形成大范围单优群落的入侵植物，主要以菊科入侵植物为主，如加拿大一枝黄花、小飞蓬、一年蓬（Erigeron annuus (L.) Pers.）、鬼针草（Bidens pilosa L.）和钻形紫菀（Aster subulatus Michx.）等。（2）这两种入侵植物均原产于美洲，以尽量减少植物地理起源所致的差异，且我国已分布的入侵植物和华东地区已分布的入侵植物原产于美洲的种类最多（闫小玲等 2014; Wang et al. 2016; 严靖等 2021）。（3）这两种入侵植物均具有类似的生境（均以农田、荒地、道路两侧、林地边缘和草地等生境类型为主）、生活型（均为草本，且株高基本处于同一水平）和生长周期（在苏南地区生长期主要为3月至10月，其中生长旺盛期约为5月至8月）。（4）这两种入侵植物均已在我国大部分地区（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》（国家环境保护部 2010, 2014）。（5）这两种入侵植物在苏南地区（特别是镇江市）均常常可以形成大范围的单优群落。（6）这两种入侵植物均可以通过释放次生化学物质（即：化感物质），显著抑制本地植物植株的生长，并促进其入侵进程，且化感强度随其入侵程度的增加而明显增加（Wang et al. 2016, 2017, 2019, 2020; Lu et al. 2020; Cheng et al. 2021, 2021; Yu et al. 2021, 2022; Zhong et al. 2022）。

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：两种菊科入侵植物加拿大一枝黄花和小飞蓬均对本地植物种子萌发和幼苗生长产生显著的化感作用；入侵植物加拿大一枝黄花的化感作用显著强于入侵植物小飞蓬的化感作用；与其单一化感作用相比，两种菊科入侵植物小飞蓬和加拿大一枝黄花的复合化感作用为拮抗作用；不同类型的氮沉降显著提升两种菊科入侵植物加拿大一枝黄花和小飞蓬的单一化感作用和复合化感作用，且影响幅度基本相似。

Figure 1 The values (means and SE; n = 30) of the stress intensity index of different treatments on the indicators of lettuce (green bars, control; pink bars, NO₃−N; red bars, NH₄−N; blue bars, CO(NH₂)₂−N; orange bars, the mixed nitrogen forms). Bars with different letters indicate statistically significant differences (p < 0.05). Abbreviations: CK, control; SC, leaf water extract of S. canadensis; CC, leaf water extract of C. canadensis; SC+CC, the extract mixture of S. canadensis and C. canadensis in equal proportions.

Figure 2 The mean values (means and SE; n = 4) of the stress intensity index of the aqueous leaf extracts of the two alien plants under the four types of nitrogen solution with different nitrogen forms. “ns” means no statistically significant difference (p > 0.05). Abbreviations: CK, control; SC, leaf water extract of S. canadensis; CC, leaf water extract of C. canadensis; SC+CC, the extract mixture of S. canadensis and C. canadensis in equal proportions.

全文链接：https://doi.org/10.3390/su141911970