导读

外来植物成功入侵机理研究是当今生态学研究的热点问题之一。天敌逃逸假说认为入侵植物在引入地会逃逸掉大量专食天敌，因此入侵植物会将用于防御资源投资到生长，进而生长更快、更具竞争力。尽管该假说合理解释了外来入侵植物为何具有更强的生长优势这一科学问题，但是对于其背后的生理生态学机制仍缺乏深入探讨。

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植物体内诸多激素能够调控自身的生长发育、以及对天敌的防御。其中，赤霉素和茉莉酸是非常重要的一对拮抗调控植物生长和防御的激素。基于此认知，结合天敌逃逸假说，中科院东北地理所生物入侵生态学团队刘艳杰研究员(第一作者)与台州学院于飞海教授(通讯作者)从激素调控外来植物生长和防御权衡方面提出一个新的概念模型(图1)——由于入侵植物在引入地逃逸掉许多专食性天敌采食，其茉莉酸途径会下调降低植物防御投资，赤霉素途径上调提高生长投资；而由于受到更多天敌采食，本地植物则茉莉酸途径上调增加防御，赤霉素途径下调减小生长。因此，入侵植物比本地植物更具生长优势。

Figure1Aconceptualframeworkofhowreleasefromintenseherbivorypressuremayleadtodecreasedproductionofadefence‐relatedhomonejasmonicacid(JA)andincreasedproductionofagrowth‐promotinghormonegibberellicacid(GA)byhostplants.Toincreasedefenceagainstherbivores,plantscanup‐regulatetheirJApathways.BecauseJAproductioncansuppressproductionofagrowth‐promotinghormonelikeGA,itisexpectedthatplantsthatexperiencelowherbivoredamageornoherbivoryatallshouldproducelowconcentrationsofJAandhighconcentrationsofGA.Asplantsintheirnativerangeoftenexperienceintenseherbivorybybothguildsofgeneralistandspecialistspecies,itisexpectedthattheplantswillproducehighconcentrationsofJAthatwillsuppressGA(a).Bycontrast,introducedplantsareexpectedtoescapeintenseherbivory(the‘+signwithinacircleinb),andhenceshouldproducelowconcentrationsofJAandhighconcentrationsofGA(b).AsGAcanenhanceplantgrowth,invasiveplantsareexpectedtohavegreatergrowththannativeplants.Thesolidorangelinesinthefigurearetheprocesseswhatwetestedinthepresentstudy

为了验证该框架，该研究从图1概念模型的末端着手，利用赤霉素合成抑制剂多效唑阻断植物内源性赤霉素生物合同途径的方法，探究不同营养水平下，赤霉素对入侵植物和本地植物生长的调控作用。结果表明，赤霉素抑制剂多效唑施加导致植物地上生物量、地下生物量和单株总生物量显著减少，并且入侵植物的地下生物量和总生物量的减少强于本地植物。进一步分析发现，赤霉素抑制剂多效唑显著降低了入侵植物的根生物量占比。因此，入侵植物比本地植物具有更强的生长优势可能是因为赤霉素更能促进其根系生长，进而其能够在地下资源获取方面占据优势，即入侵植物比本地植物更加受益于内源性赤霉素对生长的促进作用。

Figure2Mean(±SE)valuesof(a)abovegroundbiomass,(b)belowgroundbiomass,(c)totalbiomassand(d)rootmassfractionofinvasiveandnativeplantsunderthedifferentlevelsofpaclobutrazol(PBZ)andnutrienttreatments.本文编辑：

刘艳杰

中科院东北地理与农业生态研究所，研究员

研究方向：植物入侵生态学、全球变化生态学

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