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我所王从彦课题组提出阐明入侵植物成功入侵的低可塑性-高收益假说(即:The “low plasticity-high benefit hypothesis for successful invasion”)
加入时间:2025年12月08日 18:38 来源:王从彦  访问量:

近年来,入侵植物介导的环境生态风险日益凸显。所以,阐明入侵植物成功入侵的关键驱动机理,已成为当前入侵生态学研究领域中备受关注的重大热点科学问题之一。

更为重要的是,一种入侵植物成功入侵后,可以创造一个利于其他入侵植物成功入侵的微环境条件,进而可以明显提升其他种类的入侵植物成功入侵的几率,从而导致同一生境可能受到两种甚至是多种入侵植物的共同入侵(Co-invasion),也称次生入侵(Secondary invasion),或协同入侵(Mutualist facilitation),或入侵塌陷(Invasional meltdown),或入侵漩涡(Invasional vortex)。换言之,不同种类的入侵植物可以互相作用,且可以共同参与新架构的多物种生态互作网络(Multispecies ecological interaction networks),并互相利于彼此的入侵进程,进而导致已被一种入侵植物成功入侵的生境可能更易遭受其他种类的入侵植物的成功入侵,从而形成生物入侵进程中的马太效应(Matthew Effect),且可能对环境健康与生态安全造成新的、更复杂的、更严重的生态影响。

入侵植物成功入侵的关键因素之一在于其拥有比本土植物更为显著的竞争优势。这种竞争优势主要源于入侵植物关键的功能性状明显高于本地植物,如株高、光合能力、光合面积等。此外,相关研究表明:功能性状的可塑性(尤其是关键性状的可塑性)是入侵植物成功入侵的重要因素之一。植物功能性状的表型响应可以使其能够快速适应环境变化,并拓展生存空间,进而增强其适合度。因此,解析入侵植物(特别是共同入侵下多种入侵植物)与本地植物功能性状可塑性的差异,对阐明入侵成功入侵的关键机理至关重要。

基于此,我所王从彦研究团队(江苏大学入侵生物学研究团队)聚焦当前入侵生态学领域备受关注的重大前沿科学问题之一,并独辟蹊径,重点解析共同入侵的三种菊科入侵植物和本地植物功能性状可塑性的差异,以期进一步阐明多种入侵植物共同入侵的关键驱动机理。

本研究的主要结论具体如下:

(1)在所有入侵状态下(一种菊科入侵植物入侵、两种菊科入侵植物共同入侵和三种菊科入侵植物共同入侵),三种菊科入侵植物的功能性状可塑性显著低于本地植物,尤其在株高、叶片大小和绿色叶面积方面。

(2)三种菊科入侵植物的竞争优势在其单独入侵下最强,而非在两种菊科入侵植物共同入侵下或三种菊科入侵植物共同入侵下最强。

(3)三种菊科入侵植物的竞争优势主要受其绿色叶面积和叶氮含量可塑性的调控。

此外,基于上述研究结果,我所王从彦研究团队(江苏大学入侵生物学研究团队)提出了阐明入侵植物成功入侵的低可塑性-高收益假说(即:The “low plasticity-high benefit hypothesis for successful invasion”)。该假说核心内容如下:

1. 不管是本地植物还是入侵植物,功能性状的表型可塑性均需相应生物资源的投入。

2. 与本地植物相比,入侵植物可能呈现出一个较低水平的功能性状的表型可塑性。

3. 较低水平的功能性状的表型可塑性不一定意味着植物的适合度就会较低。同样的,较高水平的功能性状的表型可塑性也不一定意味着其适合度也会随之增高。

4. 不管是本地植物还是入侵植物,功能性状的表型可塑性与其他生长方面的生物资源均可能存在一个权衡的平衡点,以求总体生物资源投资的收益最大化。

5. 与本地植物相比,入侵植物为获得相同水平的适合度,在功能性状的表型可塑性方面分配的生物资源可能更少。

6. 与在竞争强度较低的生境中相比,在竞争强度较大的生境中,与本地植物相比,入侵植物为获得同等水平的适合度而进行功能性状的表型可塑性所分配的生物资源可能更多。所以,在竞争强度较大的生境中,与本地植物相比,入侵植物为获得更强的适合度,可能不是通过提升功能性状的表型可塑性增强其适合度,而是可能通过提升与竞争优势密切相关的功能性状值进而增强其适合度,从而使其在与本地植物的生存竞争中获得一个比本地植物更强的竞争优势。

近年来,我所王从彦研究团队(江苏大学入侵生物学研究团队)紧紧围绕全社会高度关注的生物安全问题,以国家生物安全重大战略需求为问题导向,聚焦入侵植物介导的生物安全问题,以加拿大一枝黄花、小飞蓬、一年蓬、反枝苋、互花米草等入侵植物为研究对象,重点阐明入侵植物的成功入侵机理、剖析入侵植物的环境生态效应、评估入侵植物的环境生态风险,以期为新时代下构筑我国入侵植物介导的生物安全问题之预警防控奠定强有力的理论支撑,为按时实现新时代国家生物安全重大战略需求目标提供坚实的实践基础。

近年来,我所王从彦研究团队(江苏大学入侵生物学研究团队)先后提出了阐明亲缘识别驱动一种入侵植物成功入侵以及多种入侵植物共同入侵关键调控机理的假说(即:The “hypothesis of successful invasion and co-invasion of invasive plants driven by kin recognition”)(DOI: 10.3161/15052249PJE2025.73.1.003.)与入侵植物成功入侵的跷跷板理论(即:The “seesaw theory” for the successful invasion of invasive plants based on their growth competitiveness)(DOI: 10.1007/s11756-025-01923-6., 2025)。

此外,我所王从彦研究团队(江苏大学入侵生物学研究团队)还提出了一套可以简捷且精准量化入侵植物的入侵强度、入侵竞争力、竞争优势度及其环境生态风险等级,以及本地植物群落的可入侵性及其入侵抵抗力等方面的指标体系,即:

(1)表征入侵植物入侵强度的量化指标(即:入侵强度指数Invasion intensity index)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.137128., 2020)。

(2)表征入侵植物入侵竞争力的量化指标(即:相对入侵力指数Relative invasiveness index)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.137128., 2020)。

(3)表征入侵植物竞争优势度的量化指标(即:竞争优势度指数Competitive advantage index)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.144518., 2021)。

(4)表征入侵植物对植物群落物种多样性影响力度的量化指标(即:入侵植物对植物物种多样性影响幅度指数Degree of influence index of invasive plants on plant taxonomic diversity)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.144518., 2021)。

(5)表征植物群落可入侵性的量化指标(即:群落可入侵性指数Community invasibility index)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2020.137128., 2020)。

(6)表征植物群落入侵抵抗力的量化指标(即:入侵抵抗力指数Invasion resistance index)(DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.152628., 2022)。

(7)表征两种入侵植物共同入侵复合效应的量化指标(即:两种入侵植物共同入侵复合效应指数Co-invasion combined effect index of two invasive plants)(DOI: 10.1016/j.pld.2023.01.005., 2023)。

(8)表征共同入侵下不同入侵植物相对竞争优势度差异的量化指标(即:共同入侵下不同入侵植物的相对竞争优势度指数Relative competitive advantage index of invasive plants under co-invasion)(DOI: 10.1016/j.pld.2023.01.005., 2023)。

(9)表征入侵植物和本地植物特征加权差异的量化指标(即:入侵植物和本地植物特征加权差异指数Community-weighted trait difference index between invasive plants and native plants)(DOI: 10.1111/wre.70039., 2025)。

(10)表征多物种(包括入侵植物)种间互作强度的量化指标(即:多物种种间互作强度指数Intensity index of interspecific interactions among multiple plants)(DOI: 10.3390/plants14172767., 2025)。

(11)表征植物(包括入侵植物)胁迫抵抗力的量化指标(即:胁迫抵抗力指数Stress resistance index)(DOI: 10.3390/plants13162251., 2024)。

(12)表征植物(包括入侵植物)个体间亲缘识别能力的量化指标(即:植物根系生物量分配指数Root biomass allocation index)(DOI: 10.3161/15052249PJE2025.73.1.003., 2025)。

(13)表征亲缘识别能力对植物(包括入侵植物)生长竞争力贡献度的量化指标(即:亲缘识别促进指数Kin recognition facilitation index)(DOI: 10.3161/15052249PJE2025.73.1.003., 2025)。


全文链接:https://doi.org/10.1093/aob/mcaf313



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