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研究人员首次发现入侵植物对植食性昆虫防御策略演化及生态效应

花匠小妙招
2024-11-09 11:09

　　外来植物与植食性昆虫的互作关系演化，是外来植物成功入侵的重要原因。外来植物进入新生境后，由于逃离了原产地专食性昆虫的取食（天敌逃逸假说），进而增强了对入侵地广食性昆虫的防御（防御转移假说）。植物抵御昆虫的化学防御是有成本的，“昂贵”的组成型防御和“廉价”的诱导型防御存在权衡，并受昆虫取食压力的影响。然而，昆虫取食压力如何驱动入侵植物对广食性昆虫防御策略的演化及其生态效应仍不明确。

　　2023年6月30日，河南大学丁建清团队和中国科学院武汉植物园黄伟团队合作在国际生态学期刊Ecology Letters在线发表题为“Trade- offs in non- native plant herbivore defences enhance performance”的研究论文，揭示了昆虫取食压力重塑入侵植物对广食性昆虫的防御策略，将更多的防御资源用于生长，进而促进外来植物入侵。

　　研究团队通过大范围的野外调查、12对入侵植物及其近缘本土种的同质园实验、昆虫生测实验、代谢分析和控制实验，探究了入侵植物对广食性昆虫的防御策略演化及其生态效应。野外调查和同质园实验表明，入侵植物的昆虫取食率低于本土植物，且不同入侵植物之间和不同本土植物之间的昆虫取食率存在差异。昆虫生测实验显示，入侵植物的组成防御低于本土植物，而入侵植物的诱导防御高于本土植物；入侵植物的组成防御与昆虫取食压力呈正相关，诱导防御与昆虫取食压力呈负相关；本土植物的组成防御和诱导防御与昆虫取食压力没有相关性。代谢分析发现，总酚类次生代谢物质在调节入侵植物的组成防御和诱导防御过程中发挥重要作用。控制实验进一步证明，昆虫取食压力降低后，入侵植物通过改变对广食性昆虫的防御策略，将更多的防御资源用于生长。以上研究结果揭示了植物增强竞争能力的新的进化机制，并对丰富入侵植物与植食性昆虫互作关系的演化理论具有重要意义。

　　河南大学丁建清团队的孙晓副教授为论文第一作者，中国科学院武汉植物园黄伟研究员为论文通讯作者，河南大学丁建清、孙玉梅、曹雪瑶、翟新丛，中国科学院武汉植物园万金龙，以及美国蒙大拿大学Ray Callaway和美国佛罗里达大学S. Luke Flory为共同作者。研究得到国家自然科学基金等项目资助。

　　论文链接

图1. 以四大名著之一《西游记》的故事脉络，整合天敌逃逸假说、防御转移假说和竞争力增强进化假说。入侵植物传入新生境后，逃离原产地专食性昆虫取食（天敌逃逸假说，ERH），进化出对广食性昆虫更强的防御能力（防御转移假说，SDH）。昆虫取食压力重塑入侵植物对广食性昆虫的防御策略，降低“昂贵”的组成防御，提高“廉价”的诱导防御，进而将更多防御资源用于生长，进而提高其竞争力（竞争力增强进化假说，EICA）。