东北地理所在养分富集如何同时影响外来植物的生长和防御进而促进其入侵方面取得新进展

由于逃逸了原产地的专食性天敌，外来植物在入侵地往往表现出比本地植物更快的生长速度和对食草动物更低的防御能力。除天敌逃逸外，入侵地的养分可利用也是影响外来植物成功入侵的重要非生物环境因素，且高的养分可利用性在促进植物生长的同时，会降低其防御输出。然而，在入侵地，养分富集如何影响外来入侵植物和本地植物间的竞争能力、对食草动物的防御能力，及其激素调控机理，尚不明确。

基于上述研究空白，中科院东北地理所生物入侵团队通过温室控制实验，以5对同属外来入侵植物和本地植物为研究对象，通过设置养分添加（低vs. 高），模拟虫食（剪叶vs. 不剪叶）和竞争处理（存在竞争vs. 不存在竞争物种）的三因素交互实验，拟回答以下两个问题：（i）与本地植物相比，养分富集是否在促使外来入侵植物积累更多生物量的同时，降低其防御物质（类黄酮和单宁）的输出；（ii）与本地植物相比，外来入侵植物是否会产生较少的用于调控植物防御的茉莉酸，以及较多的用于调控植物生长的赤霉素。

结果表明：

（1）在无竞争和模拟虫食处理下，高水平的养分添加对外来入侵植物总生物量的促进作用显著高于本地植物，而有竞争存在时则呈现出相反的结果（图1a，b）。单种时，模拟虫食会显著的植物的总生物量，但存在竞争时，模拟虫食对植物的总生物量无显著影响。此外，竞争和模拟虫食显著地增加了植物的根质比，而高养分添加显著降低了植物的根质量比。

（2）竞争可以诱导植物分泌更多的类黄酮和单宁（图2b, d）。模拟虫食处理下，相较于低养分添加，高养分添加会显著降低外来植物叶片中的类黄酮含量，而对本地植物叶片中的类黄酮含量无显著影响（图2a）。

（3）外来入侵植物叶片中的赤霉素和茉莉酸含量高于本地植物（图3a, b）。

综上，养分添加对外来入侵植物和本地植物生长差异的影响取决于是否存在竞争物种。此外，在养分可利用性增加和虫食压力下，外来入侵植物可以比本地植物更有效的调节防御组分类黄酮的输出，进而实现快速生长。因此，控制入侵地的养分富集速率有助于减缓外来植物的入侵速率。

以上研究成果发表在美国生态学会期刊Ecological Applications上，中科院东北地理所生物入侵生态学研究团队特别研究助理单利平博士为第一作者，刘艳杰研究员为通讯作者，中科院东北地理所访问学者Ayub M.O. Oduor与中科院武汉植物园黄伟研究员为共同作者。研究得到了中国科学院人才项目（Y9B7041001）和中科院国际人才计划项目（2021VBB0004）的支持。