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入侵植物互花米草种子萌发和幼苗定植特性沿纬度的变异格局及适应机制

花匠小妙招
2024-12-29 10:51

入侵植物互花米草种子萌发和幼苗定植特性沿纬度的变异格局及适应机制

【摘要】： 种子萌发和幼苗定植是植物生活周期中最早发生的生活史事件,对植物的自然选择、生态位以及分布范围起决定性作用,成为了外来入侵植物成功定殖并快速扩散的关键阶段。较多外来植物可沿大尺度纬度梯度入侵和扩张,了解入侵植物种子萌发和幼苗定植特性沿纬度的地理变异格局和适应机制,对预测外来入侵植物的扩散趋势具有重要意义。互花米草(Spartina alterniflora)是入侵中国沿海滩涂最主要的外来物种之一,其纬度分布范围大于20个纬度,这为研究其早期生活史特性沿纬度梯度的变异和适应机制提供了契机。本研究以入侵中国的不同纬度来源的互花米草为研究对象,沿纬度梯度构建三个同质种植园(以下简称同质园),对比沿纬度不同种源互花米草种子萌发和幼苗定植特性的变异格局,以期阐明表型可塑性、遗传分化、遗传与环境的协同效应在塑造该纬度渐变群格局中的相对重要性;分析种源地年均温、年日最低均温、年日最高均温和各同质园实验期间日均温、低温时间(≤4℃的天数)等环境因子与互花米草种子萌发和幼苗定植的相关关系,最终得出以下主要结论: 1、在三个同质园中,沿纬度不同种源互花米草种子萌发和幼苗定植特性表现出明显的渐变群格局:互花米草种子萌发时间沿种源纬度线性递减;种子萌发率和萌发指数沿种源纬度线性递增;而种子持续萌发时间和萌发同步性与种源纬度无显著的相关关系;幼苗的展叶时间沿种源纬度线性递减;幼苗存活率沿种源纬度线性递增。 2、不同纬度来源的互花米草种子萌发阶段的表型可塑性指数高于幼苗定植阶段,分别为0.61±0.06和0.47±0.03;互花米草种子起始萌发时间、T50%(萌发率达到最终萌发率的50%所需要的天数)、T90%(萌发率达到最终萌发率的90%所需要的天数)、平均萌发时间、最终萌发率、萌发指数以及幼苗存活率的表型可塑性沿种源纬度呈现线性递减的变异规律,而种子持续萌发时间、萌发同步性及幼苗展叶时间的表型可塑性与种源纬度无相关性。 3、不同纬度来源的互花米草种子起始萌发时间、T50%、T90%、平均萌发时间、最终萌发率、萌发指数、幼苗展叶时间以及存活率与母本环境温度呈显著负相关关系,而种子持续萌发时间和萌发同步性与母本环境温度无相关性;此外,互花米草种子起始萌发时间、T50%、T90%、平均萌发时间、最终萌发率、萌发指数以及幼苗存活率与萌发过程中的日均温呈负相关关系,与低温时间(≤4℃的天数)呈显著正相关性;而种子持续萌发时间随萌发过程中的日均温升高而延长,随低温时间的延长而缩短;幼苗展叶时间与萌发过程中的日均温、低温时间呈驼峰型的相关关系。综上,本研究认为高纬度种源互花米草高的种子萌发率和幼苗存活率可促进其在高纬度地区的入侵,而低纬度种源较低的种子萌发率和幼苗存活率不利于其在低纬度地区的扩散。但低纬度种源互花米草通过提高种子萌发以及幼苗定植的表型可塑性以弥补其低适应性,这表明入侵中国的互花米草在不同纬度具有不同的扩张机制。另一方面,本研究也阐明了入侵中国的互花米草种子萌发和幼苗定植特性纬度变异格局的适应机制。沿纬度不同种源互花米草种子萌发时间、幼苗展叶时间以及存活率在三个同质园中呈现出不同的变异规律,遗传与环境的协同作用共同驱动了其沿纬度的变异格局;种子萌发率和萌发指数在三个同质园中呈现出一致的沿种源纬度线性递增的变化趋势,表明这种变异主要是来自于遗传分化,并具有进化的潜力;种子持续萌发时间和萌发同步性在三个同质园中均未呈现出沿种源纬度的变异,表明这两种特性具有很强的表型可塑性。最后本研究也发现母本环境的高温和萌发过程中的高温降低了不同纬度来源互花米草的种子萌发率和幼苗存活率,这说明高温不利于入侵中国的互花米草的种子萌发和幼苗定植,因此本研究预测全球气候变暖极有可能会抑制中国低纬度地区的互花米草早期生活史性状的表达,进而限制其在低纬度地区的扩散。

【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2021