自然科学基金重点项目《PNAS》最新文章

生物通报道：来自中国科学院西双版纳热带植物园的消息，中国科学院西双版纳热带植物园，美国蒙大拿大学（The University of Montana）等处的研究人员利用同质种植园试验在版纳植物园比较研究了中国恶性外来入侵植物紫茎泽兰入侵种群（中国和印度）和原产地种群（墨西哥）叶氮向细胞壁和光合机构分配的差异，及其生理生态学后果，这对于认识外来植物入侵机理及其防治有重要的意义。这一研究成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）在线版上。

文章的通讯作者是版纳植物园生物入侵生态学研究组冯玉龙研究员，其早年毕业于哈尔滨师范大学，2000年入选中国科学院“****”项目，主要研究光能在光合作用不同过程中的分配，环境因子和植物自身对其影响，及植物耐荫策略和光破坏防御机制。这一研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目、中国科学院重大项目和云南省应用基础计划项目等的支持。

冯玉龙研究员与美国蒙塔纳大学、墨西哥国立自治大学和印度德里大学的科学家合作，利用同质种植园试验在版纳植物园比较研究了中国恶性外来入侵植物紫茎泽兰入侵种群（中国和印度）和原产地种群（墨西哥）叶氮向细胞壁和光合机构分配的差异，及其生理生态学后果。发现入侵种群和原产地种群叶片总氮含量差异不显著，但入侵种群降低了叶氮向细胞壁的分配比例，而把更多的氮分配到光合机构；氮向光合机构和细胞壁的分配具有权衡关系，这种权衡关系受单位面积叶重的调节，入侵种群单位面积叶重显著低于原产地种群。

紫茎泽兰入侵种群低的单位面积叶重和细胞壁氮含量表明其对天敌尤其是专性天敌的防御能力降低，与此相适应该文还发现紫茎泽兰入侵种群叶片变小和叶片密度降低，表明紫茎泽兰对入侵地的专性天敌缺乏做出了进化进化响应，降低了对专性天敌的防御能力。紫茎泽兰入侵种群提高氮向光合机构的分配比例，导致其高的光合能力和光合氮利用效率，这与其入侵性有关，与此相适应该文发现紫茎泽兰入侵种群地茎和株高生长均比原产地种群快。

与已有的研究相比，该文不仅明确了“资源”（氮）及其分配部位（光合机构和细胞壁），探讨了氮分配进化的生理生态学后果，而且对理解专性天敌和广谱天敌的作用及入侵植物的防治也有一定的意义。审稿专家认为该文使生物入侵机理研究到了一个新的水平。

附：

冯玉龙

博士 研究员
性　别： 男
出　生：1964年6月28日
电　话：0871-5163626，0691-8716750
传　真：0871-5160916
邮　件：[e-mail]

研究方向：
植物生理生态学；植物分子生态学；植物抗性分子生物学。

主要研究光能在光合作用不同过程中的分配，环境因子和植物自身对其影响，及植物耐荫策略和光破坏防御机制。试图揭示植物分布、更新策略、生物多样性维持等的生理生态学机制。目前主要从事外来种的生态学效应研究；热带植物低温冷害机理研究；雾与西双版纳热带雨林；不同功能类群植物耐旱性差异的比较研究等工作。

涉及仪器及实验技术有：光合仪，叶绿素荧光仪，光谱分析仪，氧电极，高效液相色谱，等；叶绿体、类囊体膜、酶、活性氧等提取纯化分析技术。

在研项目：
1. 砂仁叶片衰老及其栽培模式生理生态学研究。2002 — 2004，中国科学院“西部之光”人才培养计划项目，课题负责人。

2. 外来种的生态学效应。2002 — 2007，中国科学院知识创新工程重大项目，子专题“紫茎泽兰种群扩散机理及与本地种之间的互作关系研究”的负责人。

3. 西双版纳热带森林树木生理生态研究。2000 — 2002，中国科学院“****”项目。

已取得的学术成绩：
系统研究了不同年龄长白落叶松树冠3个层次4个方向12个部位针叶的光合等生理生态特性的日变化和季节变化，及不同地理种源和无性系长白落叶松生理生态特性的差异，控制条件下研究了环境对其幼苗生理特性的影响，并与其它树种做了比较。发现有些生理生化参数与不同种源和无性系长白落叶松幼苗和幼树的生长具有明显的相关性，首次提出用生理生化技术早期鉴定长白落叶松优良种源和无性系的观点，并筛选出了一些指标。首次明确提出长白落叶松具有耐旱能力的观点，并与樟子松等做了比较研究，发现其生理耐性要强于樟子松等，樟子松的耐旱能力主要源于形态学，尤其是其深根系，在根系分布受到限制的条件下长白落叶松的生理抗性便表现出来。揭示了长白落叶松与水曲柳混交林的增产机制，即物种混交改变了林分地下和地上环境，改善了树木营养和水分状况，提高了光合碳积累量。在从事防护林等项目的研究过程中发现，不同立地（生境）条件下杨树的生理生态特性不同，并与林业上的立地划分结果明显相关，提出了用树种净同化量划分立地的新观点。同时还对根系温度的生理生态效应进行了较全面的研究，其结果对指导世博园高山植物的栽培有重要的意义。到版纳后主要研究植物的光适应对策和低温光抑制，认为雾（版纳年雾日180-270天）对植物的保护作用是间接的，上午雾使光强减弱缓解了夜间低温对热带植物的不利影响，防止了夜间低温后阳光直射造成的光破坏。

学习经历：
1. 1981.9 ～ 1985.7 哈尔滨师范大学生物系生物学专业,学士论文:《叶绿体膜蛋白及小分子RNA与番茄抗病性的关系》，导师：黄永芬教授、汪清胤教授。

2. 1985.9 ～ 1988.7 中国农业大学生物学院植物生理生化系,硕士学位论文:《根系温度对植物光合、蒸腾及叶片生长的影响》,导师:娄成后院士、王学臣教授。

3. 1993.9 ～ 1996.4 东北林业大学森林植物生态学教育部重点开放实验室，博士学位论文：《长白落叶松生态生理生理生化特性及与生长的关系》，导师：周以良教授、王文章教授。

 

原文摘要：

Evolutionary tradeoffs for nitrogen allocation to photosynthesis versus cell walls in an invasive plant

Many studies have shown that individuals from invasive populations of many different plant species grow larger than individuals from native populations and that this difference has a genetic basis. This increased vigor in invasive populations is thought to be due to life history tradeoffs, in which selection favors the loss of costly defense traits, thereby freeing resources that can be devoted to increased growth or fecundity. Despite the theoretical importance of such allocation shifts for invasions, there have been no efforts to understand apparent evolutionary shifts in defense-growth allocation mechanistically. Reallocation of nitrogen (N) to photosynthesis is likely to play a crucial role in any growth increase; however, no study has been conducted to explore potential evolutionary changes in N allocation of introduced plants. Here, we show that introduced Ageratina adenophora, a noxious invasive plant throughout the subtropics, appears to have evolved increased N allocation to photosynthesis (growth) and reduced allocation to cell walls, resulting in poorer structural defenses. Our results provide a potential mechanism behind the commonly observed and genetically based increase in plant growth and vigor when they are introduced to new ranges.