【新科技】南京农业大学团队研究外来杂草十余年——一枝黄花多倍化入侵机制获揭

发布日期:2020-12-23 11:03
近日,美国生态学会(ESA)主办的生态学权威期刊《生态学专论》(Ecological Mono‐graphs)在线发表了南京农业大学杂草研究室强胜教授团队的研究论文。该研究揭示了外来杂草加拿大一枝黄花通过多倍化增强耐热性分化,驱动其分布范围从温带向赤道逆向扩张。这一发现突破了传统观念所认为的,被子植物起源于热带地区,通过多倍化驱动向两极扩张。
▲加拿大一枝黄花在原产地北美(a)和入侵地中国(b)的发生状况对比


全球重要的入侵植物加拿大一枝黄花,原产于北美温带地区,除了分布在北美外,广泛入侵欧洲和东亚等地区,特别是在中国亚热带季风气候区造成严重的生态灾害。强胜团队经过十余年潜心研究,对来自全球471个样点的2062份加拿大一枝黄花材料的细胞地理学分析,首次揭示目前入侵我国的加拿大一枝黄花全部是多倍体(主要是六倍体),而原产地则以二倍体为主,二倍体种群仅能入侵欧洲和东亚的温带地区。团队经过深入研究发现,该物种的倍性水平与纬度分布呈显著负相关,与温度呈显著正相关,20-24℃等温线是二倍体和多倍体的入侵范围气候生态位的差异分化带,这种分化是由于同源多倍化驱动的该物种耐热性增强的结果。

强胜团队利用原产地和入侵地二、四、六倍体6种地理细胞型,分别在美国佐治亚和南京的同质园试验表明:多倍体尤其是入侵地多倍体,演化出更有效的耐热生理机制,即多倍体通过抗氧化酶高效清除活性氧,而二倍体则更多地依赖产生抗氧化剂应对热胁迫;对成功入侵起关键作用的是二倍体,在夏季高温气候条件下胚胎败育导致花而不实,入侵地多倍体可以耐受高温,使胚胎正常发育产生可育的种子,而且它们还延迟到秋季温度降低时旺盛开花,通过高温避让机制,在更适宜的气候条件下产生巨量的种子,随风漂移,迅速扩散蔓延。“根据研究模型的预测,该物种的适生区范围将随全球变暖持续扩张。我们的研究不仅为温带起源植物通过同源多倍化驱动分布范围逆向扩张机制提供了首个案例,而且这种植物演化的新动向为研究应对全球变化和多样性加速减少的策略提供了新思路。”强胜说。

此外,该研究还为我国加强外来入侵植物加拿大一枝黄花管理提供了坚实的理论基础。人工种植的加拿大一枝黄花通称“黄莺花”的鲜切花是二倍体,花农选择二倍体种植的原因是开花早,鉴于它目前不会在24℃等温线以南地区导致入侵,可以被允许种植。但是,在20℃等温线以北的东北、华北北部、西北、西南以及其他有相似气候的地区种植具有逃逸的风险,应被严格禁止。(作者:许天颖 夏文燕   编辑:谢长美)
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