東北地理所在激素調控外來植物入侵研究中取得新進展
外來植物成功入侵機理研究是當今生態學研究的熱點問題之一。天敵逃逸假說認為入侵植物在引入地會逃逸掉大量專食天敵，因此入侵植物會將用于防御資源投資到生長，進而生長更快、更具競爭力。盡管該假說合理解釋了外來入侵植物為何具有更強的生長優勢這一科學問題，但是對于其背后的生理生態學機制仍缺乏深入探討。
植物體內諸多激素能夠調控自身的生長發育、以及對天敵的防御。其中，赤霉素和茉莉酸是非常重要的一對拮抗調控植物生長和防御的激素。基于此認知，結合天敵逃逸假說，生物入侵生態學學科組劉艷杰研究員（第一作者）與臺州學院于飛海教授（通訊作者）從激素調控外來植物生長和防御權衡方面提出一個新的概念模型（圖1）——由于入侵植物在引入地逃逸掉許多專食性天敵采食，其茉莉酸途徑會下調降低植物防御投資，赤霉素途徑上調提高生長投資；而由于受到更多天敵采食，本地植物則茉莉酸途徑上調增加防御，赤霉素途徑下調減小生長。因此，入侵植物比本地植物更具生長優勢。
圖1 天敵逃逸引起外來植物生長-防御權衡改變進而調節其激素水平的新概念模型：在抵御植食性昆蟲取食時，植物會上調茉莉酸（JA）信號通路的表達，而茉莉酸信號通路會抑制植物生長激素赤霉毒（GA）的表達，因此，當植物未遭受昆蟲取食或者遭受到少量昆蟲取食時，植物會產生較少的茉莉酸而增加赤霉素的含量。在原產地，外來植物會遭受較多的專食性和廣食性天敵，因而會上調茉莉酸的表達而抑制赤霉素的表達。反之，在入侵地，外來植物由于逃逸了原有的專食性天敵，因而會降低茉莉酸的含量而增加赤霉素的含量。由于赤霉素可以促進植物生長，因而外來植物的生長會優于本地植物。圖中的實心橙色箭頭表示本研究驗證的過程。
為了驗證該框架，該研究從圖1概念模型的末端著手，利用赤霉素合成抑制劑多效唑阻斷植物內源性赤霉素生物合同途徑的方法，探究不同營養水平下，赤霉素對入侵植物和本地植物生長的調控作用。結果表明，赤霉素抑制劑多效唑施加導致植物地上生物量、地下生物量和單株總生物量顯著減少，并且入侵植物的地下生物量和總生物量的減少強于本地植物。進一步分析發現，赤霉素抑制劑多效唑顯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強的生長優勢可能是因為赤霉素更能促進其根系生長，進而其能夠在地下資源獲取方面占據優勢，即入侵植物比本地植物更加受益于內源性赤霉素對生長的促進作用。
圖2 不同水平多效唑（PBZ：赤霉素合成抑制劑）和養分處理對入侵植物和本地植物(a) 地上生物量，(b) 地下生物量，(c) 總生物量，和 (d) 根質量分數的影響
該成果于近期發表在生態學期刊Oikos上，論文信息如下：
Liu, Y., Oduor, A.M.O., Dai, Z.-C., Gao, F.-L., Li, J., Zhang, X. and Yu, F.-H. (2021), Suppression of a plant hormone gibberellin reduces growth of invasive plants more than native plants. Oikos. https://doi.org/10.1111/oik.07819
附件下載：
吉公網安備22017302000214號
