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近期，国家重点研发计划项目（2022YFC2601102）团队在入侵植物与地上-地下昆虫互作方面取得进展，研究成果于2024年10月8日以“Warming, nitrogen deposition and provenance shift above-belowground
insect interactions and host compensatory growth”为题在线发表于Ecology上。该研究发现气候变暖和氮沉降增强正向的地上–地下昆虫互作，从而增加昆虫对加拿大一枝黄花的压力。此外，在植物入侵的过程中，入侵植物种群来源在调节气候变化对昆虫相互作用及寄主补偿性生长的影响中发挥重要作用。植物入侵已成为全球性挑战，随着经济与社会的全球化，这一挑战可能进一步加剧。为缓解入侵植物的有害影响，研究地上–地下食植性昆虫的相互作用与植物的补偿性生长对重塑入侵植物的适应性至关重要。气候变暖、大气氮沉降及种群来源（本地或入侵）可能会以复杂的方式共同影响这些相互作用和生长过程。尽管有大量关于入侵植物与地上-地下昆虫互作关系的研究，但较少文献探讨非生物和生物因素如何在同一系统中影响地上–地下昆虫相互作用及寄主植物的补偿性生长。该研究以加拿大一枝黄花（Solidago canadensis）的本地和入侵种群、叶食性昆虫斜纹夜蛾幼虫（Spodoptera litura）和根食性昆虫白星花金龟幼虫（Protaetia brevitarsis）为对象，设置增温和加氮处理，探讨气候变暖和氮沉降如何共同塑造地上–地下昆虫互作关系，以及加拿大一枝黄花在遭受取食后的补偿性生长。本实验涉及4因素：气候变暖（常温 vs. 增温）、氮沉降（对照 vs. 氮添加）、植物种源（北美或中国的加拿大一枝黄花），以及取食方式（对照、只有食叶昆虫（LHO）、只有食根昆虫（RHO）和食叶和食根昆虫（LRH））（图1）。图1 实验设计示意图
研究发现在常温条件下，食叶昆虫和食根昆虫在生长方面相互抑制，而增温、氮添加或两者结合会根据植物种源的不同而改变或甚至逆转这种竞争关系（图2）。虽然基于存活率的地上–地下互作与基于生长的地上–地下互作不同，但增温或增温加氮也会根据种源变化而改变或逆转在常温下的中性关系或偏害关系（图3）。本地加拿大一枝黄花种群在常温下比入侵地加拿大一枝黄花种群具有更强的食草耐受性；但增温、加氮或两者结合降低了本地加拿大一枝黄花种群的补偿性生长，提高了入侵地加拿大一枝黄花种群的补偿性生长（图4）。图2 不同环境下食叶昆虫和食根昆虫的相对生长速率
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图3 不同环境下食叶昆虫和食根昆虫的存活率![]()
图4 不同环境下加拿大一枝黄花地上生物量、地下生物量和总生物量
该研究揭示了植物-昆虫动态在气候变化和植物入侵背景下的表现，对理解多营养级相互作用在多重全球变化情境中的响应机制具有参考意义。本研究与该团队先前发表的研究（Functional Ecology: 气候变暖和大气氮沉降的母体效应随本地和入侵地来源而变化. 2022, 36: 751-762），均强调植物地理来源在植物入侵中的重要性，这有助于理解外来植物的快速进化，丰富气候变化下外来植物成功入侵机制，为入侵植物防治提供一点理论依据。周晓慧博士为本文第一作者，何维明教授为通讯作者。本研究得到国家重点研发计划“生物安全关键技术研究”重点专项“生物多样性抵御生物入侵的响应机制与受损系统的生态恢复”（2022YFC2601102）和国家自然科学基金（32301473）等项目资助。- END -
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