研究:升温或削弱虫瘿对高大金缕梅的抑制作用,助其在草原扩张

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气候变化被认为可能压低玉米和大豆等作物产量,但也可能让部分植物在竞争中获得优势。美国密歇根州立大学研究团队围绕草原常见野花高大金缕梅(tall goldenrod)开展的最新研究显示,气温升高或可削弱昆虫寄生带来的抑制效应,从而有利于这种在北美原生地及多地引入区域广泛扩张的植物继续占据优势。

研究于4月4日发表在《生态学杂志》(Oecologia)。高大金缕梅常在夏末于田野和路边开出成片黄色花序,但其植株上常见的“虫瘿”并不容易被注意到。虫瘿是昆虫诱导植物形成的肿瘤状结构,可为幼虫提供类似“育婴室”的庇护与食物来源。

研究团队重点观察了金缕梅虫瘿蚊这一类小型苍蝇。雌虫将卵产在叶芽中,会阻碍植物正常生长,并促使植物在卵周围形成密集叶丛,幼虫在其中取食并完成发育。论文第一作者、密歇根州立大学本科生Emily Parker表示,这一过程本质上是“促使植物在幼虫周围形成肿瘤”。

为评估气候因素与生物胁迫叠加时的影响,团队在密歇根州西南部Kellogg生物站长期生态研究点进行了为期两年的野外实验,模拟当地草原未来可能出现的气候情景:一方面用有机玻璃屋顶覆盖部分地块以阻挡降雨、模拟夏季干旱;另一方面使用顶部开放、透明塑料墙的微型温室捕捉热量,提高金缕梅周围空气温度。

结果显示,虫瘿昆虫会从植物中获取养分并降低其繁殖产出。资深作者、密歇根州立大学综合生物学系教授Phoebe Zarnetske指出,虫瘿昆虫会减少植物的繁殖收益。

不过,研究同时发现,升温可能抵消虫瘿带来的部分负面影响,甚至使受虫瘿侵扰的植株相对未受侵扰植株表现更强。以繁殖指标为例,在自然条件下,受虫瘿侵扰的金缕梅茎部产生的种子比未受侵扰植株轻0.2克,结种概率低24%;但在升温条件下,这些相对劣势消失,升温与干旱共同作用时亦呈现相同趋势。

在生长表现方面,虫瘿也会抑制植株高度:自然条件下,带虫瘿的茎比无虫瘿植株矮约7厘米。但在升温条件下,带虫瘿植株的高度增长得到促进,最终超过无虫瘿植株。

生物量方面,研究称自然条件下带虫瘿与不带虫瘿植株体重相当;在升温条件下,带虫瘿植株体重比无虫瘿植株重16%;当升温与干旱叠加时,带虫瘿植株生物量比其他植株高出39%。共同作者Kara Dobson表示,升温“似乎抵消了虫瘿的负面影响”。研究同时提到,虫瘿昆虫本身在实验条件下似乎未受到明显影响。

Zarnetske表示,这一结果与团队此前发现相一致:升温可通过延长生长季、增强酶活性等机制促进金缕梅及其他物种的生长。研究还指出,高大金缕梅具有机会主义特征,一旦扎根可通过种子与地下茎快速扩散,地下茎可萌发新芽;同时其还会产生抑制邻近植物生长的化学物质,这些特性使其容易在田野和草地形成优势并挤压其他物种。

研究人员同时澄清,高大金缕梅常被误认为是花粉热的主要来源,但引发季节性过敏症状的常见元凶是豚草。

研究团队表示,随着天气模式变化以及昆虫取食等压力叠加,即便是优势物种也可能在某些情况下难以承受。但就本次实验结果而言,更温暖的环境可能让高大金缕梅在草原生态系统中继续扩张。Parker称,这可能意味着金缕梅会变得“更加猖獗”。


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