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是什么造就了一个好的入侵物种——遗传学还是可塑性？来自凤仙花的见解

花匠小妙招
2025-09-06 09:29

在这个以讨论许多动植物物种面临的威胁为主的时代，人们很容易忘记一些植物物种在近代蓬勃发展。这包括许多入侵植物物种。入侵植物物种通常在新环境中快速生长，与其原生范围相比具有更高的繁殖产量。生长区域的扩大意味着入侵物种可以相对较快地发现自己在各种纬度和不同环境中生长。

在不同的纬度，已记录了几种入侵物种在开花开始时间、植物大小和生物量等性状方面的种内变异（物种内的变异）。这种变异是由种内遗传多样性还是表型可塑性（植物响应环境因素遗传改变其性状的能力）引起的。在他们最近的论文中 Annals of Botany, Kenny Helsen 及其同事解决了这个问题和其他关于通过对一年生植物的研究，入侵物种如何适应新环境凤仙花入侵欧洲的罗伊尔.

作者抽样凤仙花来自欧洲不同纬度地区的种子，并在受控温室条件下种植了两代。 Helsen 及其同事发现，植物高度和生物量随着纬度的增加而降低，并且来自更高纬度的植物更早开花。这些模式在温室条件下生长的两代人中保持一致，表明它们是由遗传多样性而不是环境响应可塑性引起的。

这就提出了一个问题，即遗传多样性是否是源种群不同纬度的直接结果。在不同纬度记录的性状变异表明，这些性状的变异并不完全由纬度本身驱动，这表明源种群中的其他地方因素也会影响支撑性状变异的遗传多样性。

左：欧洲范围凤仙花和样本位置（Helsen 等人，2020 年），中间：凤仙花（多米尼库斯·伯格斯玛/维基共享资源), 右：日本虎杖，可能是最臭名昭著的入侵植物物种 (Quadell/维基共享资源)

事实凤仙花植物在纬度增加时高度和生物量降低，并受到当地环境因素的影响支持长期存在的压力梯度假说，该假说预测高纬度地区的物种竞争较少，因此可以减少对营养生长的投资。 Helsen 及其同事还测量了繁殖特性（种子质量和每个个体的种子质量）如何随源种群纬度变化，但没有发现这些特性随纬度变化的趋势。因此，入侵物种似乎需要在它们生长的任何纬度保持其繁殖特性，但可以根据它们在不同纬度所经历的环境改变它们的营养特性。

营养性状和生殖性状之间缺乏共同变异表明这些性状在入侵物种中是“遗传去耦合”的凤仙花. Helsen 及其同事指出，已发现性状的遗传解偶联发生在性重组率高的物种中，这与凤仙花作为一年生植物物种，以及其生殖发育的其他方面。在这项侵入性研究中凤仙花，因此，似乎遗传学统治。

主要作者 Kenny Helsen 告诉 Botany One：“首先，从入侵的角度来看，我们的研究为不同的策略提供了一些新的见解。凤仙花沿其生长梯度采用以确保其高适应性和侵入性。这些见解有望帮助我们更好地了解入侵性和根除有问题的入侵物种的潜力。其次，我们的研究引起了进化生物学家的兴趣，因为它表明沿纬度（或海拔）梯度的适应模式可能同时对多个选择性驱动因素做出反应，从而导致比分配理论仅预期的更复杂的特征模式。