植物入侵性和克隆性

Most serious invasive clonal plant

Mikania micrantha H.B.K.
中国主要入侵植物中克隆植物分析
中国主要入侵植物中克隆植物分析

Spartina anglica C. E. Hubb
中国主要入侵植物中克隆植物分析
Invasive plants 60 50
Invasive Alien Species (IUCN, 2001) and/or The World's Worst Weeds (Holm et al, 1977)
—Serious invasive species:
— Invasive species
occupying large area (>300km2) or strongly harmful as recorded in the published literature,

造成危害的植物外来种主要是入侵性植物外来
种(invasive alien plants)。

理解入侵性非常重要：有效管理、入侵机理和
入侵效应
植物入侵
植物入侵的解释
许多假说 各个假说都存在争议
理解入侵性(invasiveness)和可入侵性(invasibility) 入侵性与植物性状的关系：有效管理、入侵机理 、入侵效应、入侵预测和政策制定 其中入侵性与克隆性
典型入侵植物的实验研究
入侵植物的实验研究
问题

在自然界生境中，环境异质性广泛存在，克隆 植物对异质性生境具有独特的适应能力。 入侵性克隆植物对异质性生境的适应能力可能 对其入侵性具有贡献（假说）。 研究入侵性克隆植物对异质性生境的适应对策 有望为解释两者关系提供证据。


典型入侵植物的实验研究


植物的克隆性
Sexuality
Clonality （克隆性）
Clonal reproduction （克隆生殖／无融合生殖）
Clonal growth（克隆生长）
Potential ramet 潜在分株
第 1 枝 (条 )系
Actual ramet 实际分株
Ortet 源株
第 2 根 系
第 2 枝 条 系
Figure 4 Clonal invasive plants in different habitats
中国主要入侵植物中克隆植物分析
Suggestion
Experiments on contribution of clonality to invasiveness of alien plants
中国主要入侵植物中克隆植物分析
中国主要入侵植物中克隆植物分析
Invasive plants 140 120 100 Clonal invasive plants
Number
80 60 40 20 0
Species Genus Family
44%
50% 67%
Figure 1 Clonal invasive plants in China
趋贫特化
低光 ／高水 高光／低水
斑块 A
斑块 B
趋富特化 植物入侵性和克隆性研究进展
植物入侵性和克隆性研究进展
克隆器官储藏功能Storage by clonal organs
匍匐茎Stolons
块茎Tubers
鳞茎Bulb
根状茎Rhizomes
中国主要入侵植物中克隆植物分析
中国入侵植物中克隆植物的统计分析
中国主要入侵植物中克隆植物分析
Invasive plants 70 60
Number of plant species
Clonal invasive plants
50 40 30 20 10 0
Human-altered area Natural area Both areas
28% 57% 64%
中国主要入侵植物中克隆植物分析
分析结果

这些物种根据其入侵性被分为3组，其入侵 性从组I、组II到组III逐渐降低。

在研究的126种入侵植物中克隆植物接近半 数（44%）， 而且在32种属于组I的恶性入侵植物中克隆 植物的比例高达66%。

Provincial distribution of 126 invasive non-native plant species in China

Li YH (ed).1998. Weeds of China. Beijing: China Agriculture Press Li ZY, Xie Y (eds).2002. Invasive alien species in China. Beijing: China Forestry Publishing House
克隆植物
克隆植物
广义定义：自然环境条件下，具有无性繁殖 (asexual reproduction) 习性或克隆性 （clonality）的植物。 特征：后代的产生不经过减少分裂，遗传结构相同 (1) 无融合生殖 Apomixis (2) 克隆生长 Clonal growth 狭义定义: 具有克隆生长习性的植物
The positive correlation between clonality and invasiveness
of the studied exotic plants was significant (p<0.05 ).
中国主要入侵植物中克隆植物分析
Plants 60
Number of plant species
Clonal plants
50 40 30 20 10 0
Most serious invasive Serious invasive Invasive
65%
46%
31%
Categories
Figure 2 Clonal invasive plants of 3 categories in China
环境异质性
基株灭绝风险降低 分株选择性放置 Reduction Selective ofplacement risk of genet of ramets extinction
Low-quality patch
High-quality patch
植物入侵性和克隆性研究进展
克隆内资源共享Intraclonal sharing of resources 克隆内分工行为 Intraclonal division of labor

Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb.
典型入侵植物的实验研究
实验设计
相连的分株对 Connected ramet pairs 近母株分株 Proximal (parent) sections 远母株分株 Distal (offspring) sections
同质高养 Homogeneous high nutrient
异质养分 Heterogeneous nutrient 异质养分 Heterogeneous nutrient 同质低养 Homogeneous low nutrient
高养High nutrient (1)
高养High nutrient (2)
Number of plants
Clonal invasive plants
40 30 20 10 0
Annual herb
60%
31% 33% 0%
Perennial herb Shrub Tree
Figure 3 Life form analysis of clonal invasive plants in China
time
Ortet
第1根系
Actual ramet
( )
Clone/genet 克隆/基株
Clone/genet
克隆植物
克隆植物一些类型
匍匐茎 块茎 鳞茎
根状茎
压条
分蘖
克隆植物
克隆植物的特性

克隆整合 克隆可塑性


克隆内分工
克隆植物具有独特的适应能力，空间扩展能力较强， 往往可以排斥当地植物种而在群落中占据优势地位， 从而降低了植物物种多样性。

植Leabharlann Baidu入侵
生物入侵的危害
生态环境……
生物多样性…… 经济……外来入侵种可带来巨大的直接和
间接的经济危害。在美国，每年因为外来 种带来的损失高达1370亿美圆。
植物入侵
高山、大海、沙漠曾是阻止物种扩散的天然 屏障。 随着贸易，旅游和其他人类活动的加剧，全 球化进程使越来越多的物种正在跨越屏障做 环球旅行。 入侵性外来种不断增加，对当地生态平衡产 生的负面影响。 外来种问题引起了生态学家和社会各界的广 泛关注。

植物入侵
中国的植物入侵

中国地域广阔,气候多样，生物多样性丰富，但 易遭受入侵物种的侵害

原产世界各地引种到我国来的植物837种，属 于267科（丁建清、王韧, 2000）。
外来种每年给我国的经济带来的损失保守估计 也高达数千亿元（丁建清，解焱，1996）。

植物入侵
Some serious invasive plants in China

中国主要入侵植物中克隆植物分析

126 种
90 属 36 科
中国主要入侵植物中克隆植物分析

Three categories of invasive species
—Most serious invasive species: listed in100 of the World's Worst

研究中国126个主要入侵性植物，以理解
植物入侵性与其克隆性的关系。
中国主要入侵植物中克隆植物分析
数据来源Data sources

Editorial Board for Flora of China. 19592002. Flora of China. Beijing: Science Press
喜旱莲子草( Alternanthera philoxeroides (Mart．) Griseb.)是苋科多年生草本植物。别名 空心莲子草、革命草、水花生、空心苋等。原 产巴西，约于30年代传入我国上海及华东一带。 50年代后，南方许多地方曾经将此草引种作饲 料，后发现此草内含有毒素不适合作饲料，现 在喜旱莲子草已经成为我国难以防除的恶性杂 草之一。
克隆植物

环境异质性可在与植物相关的不同尺度上存在
克隆植物相连分株可以占据广泛的水平空间
High-quality patch
Low-quality patch

克隆植物相连分株经常处于资源水平或环境条件不同 的斑块（小生境）内
植物入侵性和克隆性研究进展
植物入侵性和克隆性研究进展
入侵性植物外来种中有相当一部
分能够克隆繁殖，
它们的危害严重性与其克隆生长
习性直接相关 。
植物入侵性和克隆性研究进展
散布/定居 Dispersal/
Establishment
克隆性 Clonality
入侵性 Invasiveness
维持／扩展 Persistence/ spread
其他过程
其他性状 Other traits
植物入侵性和克隆性研究进展
与入侵性相关的克隆性相关性状
基株灭绝风险降低
分株的选择性放置
克隆内资源共享
克隆内分工行为 克隆器官的储藏功能 Trade-offs（有性／克隆） ……
克隆可塑性
克隆整合性
适应
P = G + E + G× E 基因型多样性（genotypic diversity） 表现型可塑性（phenotypic plasticity）
植物入侵性和克隆性
Invasiveness and clonality of plants
董鸣、 刘建、 缪世利 中国科学院植物研究所
目录
植物入侵 克隆植物
植物入侵性和克隆性研究进展
中国主要入侵植物中克隆植物分析 典型入侵植物的实验研究
植物入侵
概念

外来种(Alien species, Exotic species, Non-native species)：由于人类有意或无意的活动被带到了 其自然演化区域以外的物种。 外来种入侵是自然生态系统面临最重要全球性 问题之一，它不仅是威胁生物多样性的主要原 因之一,而且威胁着全球的生态环境和经济发展。
Water Hyacinth Eichhornia crassipes (Mart.) Solms
Mile-a-minute Weed Mikania micrantha H.B.K.
植物入侵

外来种中只有少数会造成危害(Mack et al. , 2000; Mitchell & Power, 2003)。