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Ecology化感入侵物种对菌根植物 [复制链接]

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导读

生物入侵威胁着生物多样性,对经济、环境、健康和文化产生广泛影响。全球meta-分析表明:入侵物种可能会产生一系列负面影响,如:降低本地物种丰富度和适合度,改变入侵地微生物活性剂营养可利用性等。即使有时能够了解到负面后果,但在入侵种建植和传播之前,我们仍然无法预测其潜在的影响。由于入侵的影响取决于单个入侵物种和被入侵群落性状的相互作用,不太可能用某单一的机制来全面解释入侵的影响。该研究通过11年的蒜芥去除田间控制试验(garlicmustardweedingexperiment),比较了菌根和非菌根两种植物功能类群的群落响应,验证了蒜芥对植物群落的影响是否支持整个林下草本群落的互惠破坏假说。结果表明,蒜芥除草改变了群落组成,降低了群落均匀度,增加了与菌根真菌相关的林下草本植物的丰度。反之,蒜芥对非菌根植物群落无显著影响。

▉原文信息

▉正文

植物入侵者的间接或竞争性相互作用一般难以检测和预测,理解涉及这些类型相互作用的入侵机制通常需要控制实验研究。许多过程都可以作为入侵者影响的基础,但互利共生破坏假说尤其适合评估单个入侵者对群落的入侵影响,因为我们可以根据已知的互惠依存关系预测群落中哪些本地物种将受到影响。在这一假设下,入侵物种可以通过减少或消除一些本地种依赖于互利共生带来的好处而获得竞争优势,共生破坏的影响已经在各种入侵系统中被观察到。互惠共生的破坏是广泛的,并能对传播、繁殖或营养的互惠产生负面影响。

由于菌根共生体的普遍性及其对植物生长、功能和群落动态的重要性,对植物-菌根共生体来说,破坏共生体的全球性威胁尤为严重。入侵植物可以通过多种方式影响植物-菌根共生体,例如:通过直接与本地植物竞争,削弱本地植物对他们的菌根的贡献;通过改变土壤性质改变植物和真菌之间的资源交换平衡;或通过入侵者产生的有*次生化学化感物质直接抑制互利共生。我们估计有约41%的入侵植物具有化感作用,这些化感入侵者中的十字花科葱芥属植物(以下简称“蒜芥”),正在成为一种理解化感作用菌根共生破坏的模式植物。蒜芥是一种两年生草本植物,入侵北美温带森林,并占领森林下层植被。蒜芥的化感物质对AM真菌是有*的。这些化感物质降低了AM真菌菌丝在土壤和根中的生长和丰度。

在受控的和野外环境下的多个实验证据表明:蒜芥通过破坏其菌根组合降低了本地植物的性状和种群增长。另外,蒜芥的直接竞争能力很差,也并没有证实它具有直接的*害效应。但有证据表明:蒜芥丰度的增加与本地植物多样性的降低有关,并且群落水平对蒜芥的响应因物种和非生物条件而异。然而,植物与菌根真菌的共生关系减弱所导致的个体植物物种的生理响应,是否与蒜芥入侵后植物群落多样性和组成的变化有关?目前仍不清楚。

作者从一个连续开展11年的蒜芥除草实验中收集并整理了相关数据进行分析,以评估蒜芥对原生菌根与非菌根林下草本植物物种的影响是否存在差异,同时提出两个问题:

1)蒜芥入侵的放任和恢复是否对菌根和非菌根草本植物群落组成和多样性有不同的影响?

2)通过菌根和非菌根植物丰度的变化能否解释群落组成和多样性的变化?

根据共生破坏假说,我们预计菌根植物(即对蒜芥化感物质最敏感的功能群)的群落组成、多样性和丰度将比非菌根植物发生更大的变化,最终在群落水平上形成一个明显的互惠共生破坏特征。

图1蒜芥处理效果图示。图中的纵坐标值为蒜芥的丰度(用覆盖率表示),用红色圆圈和紫色三角形分别代表保留原入侵处理和移除蒜芥处理。每个绘图的抖动数据点为灰色。实验自年开始进行。垂直的灰色虚线将处理前(年)和处理后丰度值分开。图2Bray-Curtis不相似性排序图,说明了蒜芥入侵环境(红色)和蒜芥移除(紫色)处理之间(a)菌根植物群落和(b)非菌根植物群落的物种组成差异。每个图形是每个小区的数据平均值(-年每间隔一年收集的95%置信区间的数据)。蒜芥的数据已被排除在PERMANOVA和分类之外。菌根植物群落在不同处理间差异显著,而非菌根植物群落差异不显著图3(a)菌根植物物种和(b)非菌根植物物种的物种丰富度、均匀度、香农多样性和辛普森(Simpson?1)多样性倒数。点代表蒜芥保留环境(红色圆圈)和蒜芥移除处理(紫色三角形)(-)的数据平均值。蒜芥数据被排除在多样性度量的计算之外。误差线是SE。垂直虚线将蒜芥移除实验前(年)和实验后的时间点分开。图4蒜芥实验处理对(a)菌根植物和(b)非菌根植物总丰度的影响。点是对蒜芥保留处理(红色圆圈)和蒜芥移除处理(紫色三角形)(-年)的丰富度的累加数据的平均值。蒜芥数据不包括在内。垂直虚线将蒜芥移除实验前(年)和实验后的时间点分开。年,处理间的总丰度没有显著差异(蒜芥移除实验前)。蒜芥处理对菌根植物的总丰度有显著的主效应,但蒜芥处理与时间的交互作用不显著。对于非寄生植物,处理的主效应不显著,时间的主效应显著;蒜芥处理与时间的互作不显著。图5蒜介保留处理与蒜介移除处理间各植物种间的相对互作指数(RII)。负的RII表明,移除处理的物种相对丰度高于保留处理。相反,RII为正表明在保留处理下,物种相对丰度较低。每个点代表每个物种在每个小区和不同年份的数据平均RII值。▉结论

利用11年控制小区试验的详细数据研究发现:与蒜芥保留处理相比,去除蒜芥(即除草处理)改变了菌根植物群落的组成,降低了多样性,增加了菌根植物群落的丰度。相比之下,蒜芥移除处理对非菌根植物群落没有影响,非菌根植物群落不容易受到蒜芥对菌根共生的破坏。因此作者认为:入侵植物对菌根共生的破坏导致了植物群落的变化,但发现功能类群内不同物种的响应是不同的。这表明,预测入侵者在空间和时间上的影响的能力可能需要对重点功能特性进行改进,在这种情况下,从菌根依赖性的二元观点转变为连续观点。作者的研究强调了探索入侵物种造成影响的机制的实用性,因为作者发现只有了解这种机制才能预期到本底植物群落功能群的变化。

本文编辑:高靓文(硕士研究生),管博管博

中科院烟台海岸带研究所,副研究员

研究方向:气候变化背景下水盐环境对滨海湿地典型植被的影响;湿地植物生理生态适应机制;退化滨海湿地生态修复技术

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