表型可塑性是较早提出的解释外来生物成功入侵机制的假说之一,但可塑性能否促进外来植物入侵至今仍无普遍接受的结论,一些理论和方法上的问题可能阻碍了人们对二者关系的认识。
文献中量化可塑性的指标很多,且有文献发现用不同的量化指标比较种(或其他比较对象)间可塑性差异时会得到不同、甚至相反的结论,但因同时用两个及以上量化指标比较种间可塑性差异的文献极少,因此我们还不清楚这种不一致结论出现的频度及影响因素等。该团队通过数学推导发现,这种不一致结论是可塑性量化指标本身固有的、不可避免的,环境变化前的初始性状值的种间差异越大、比较对象的可塑性响应越强,这种不一致结论出现的概率越高,对待这类研究的结论我们越应该慎重。而且,即在使量化指标不影响种间可塑性大小排序的情况下,也会影响种间差异的程度。之后,该团队用来自文献中的1248组数据证实了上述理论分析结果,且进一步发现,文献中这种不一致结论出现的频度约为16%,比较对象的亲缘关系影响不一致结论出现的频度。这表明,量化指标的选择影响外来入侵种和本地种可塑性的种间差异,进而影响揭示可塑性与入侵性关系。
除受量化方法的影响外,该团队通过理论分析认为,可塑性与入侵性的关系还受物种的资源需求、环境的资源可利用性及性状类型等的影响,高或低的可塑性都可能促进外来植物的入侵性,依物种、环境和性状等而定。为验证假设,该团队在5个养分梯度下比较研究了养分需求不同的5种外来入侵植物与其共存本地近缘植物的适合度和功能性状的可塑性差异。高养分需求物种的适合度可塑性高于低养分需求物种,这与物种的来源(外来vs本地)无关。高资源需求的外来入侵植物的适合度可塑性高于其本地近缘植物,促进其入侵高养分环境;而低养分需求的外来入侵植物的适合度可塑性低于其本地近缘植物,利于其入侵低养分环境。但高的适合度可塑性可能不能帮助低养分需求的外来植物入侵高养分环境,高养分需求的外来植物入侵低养分环境。只有在不到4%的情况下,功能性状的可塑性才具有适应意义,且未发现它们与入侵性的关系,表明研究功能性状可塑性与入侵性关系时必须要检验其适应意义。
在另一项研究中,该团队揭示了外来入侵植物瘤突苍耳生长对硝态氮具用具高可塑性的生理和分子机制。土壤中添加硝态氮,瘤突苍耳生物量的可塑性响应显著高于本地植物苍耳,也显著高于其自身对添加铵态氮的可塑性响应。与此一致,瘤突苍耳根系硝态氮吸收速率对硝态氮添加的可塑性响应也显著高于苍耳和其自身对铵态氮添加的可塑性响应。PacBio和HiSeq转录组分析表明,一些两种苍耳共有的和瘤突苍耳特有的硝态氮转运蛋白NPF和NRT2转录本的高表达可能促进了瘤突苍耳对硝态氮的高效吸收和利用。该研究也表明,大气氮沉降和农田土壤硝态氮淋失增加可能促进瘤突苍耳入侵。
上述成果于2022年分别发表在Oecologia (https://link.springer.com/article/10.1007/ s00442-022-05122-x)、Physiologia Plantarum (https://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S0098847222000739)和Environmental and Experimental Botany (https:// onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ppl.13637)。这些成果可加深人们对可塑性与入侵性关系的认识,也能为通过实验验证二者关系提供参考。