精準狙擊生物多樣性殺手 中國科學家揭示薇甘菊分子機制

2020-12-16 新京報

新京報訊（記者 周懷宗）薇甘菊這種原產南美的野生菊科植物，是植物界「臭名昭著」的生物多樣性殺手，早早列入世界上最有害的100種外來入侵物種之一，也是中國首批外來入侵物種，僅珠三角地區每年就因為薇甘菊的泛濫造成生態經濟損失近10億元。日前，我國科學家發布了「關於重要入侵植物薇甘菊的研究成果」，該研究從多個角度揭示了薇甘菊在全球入侵過程中的環境適應性進化和快速生長的分子機制，為有效防治和管控薇甘菊提供了理論依據。該成果由中國農業科學院深圳農業基因組研究所萬方浩、錢萬強和樊偉團隊，聯合華南師範大學和華南農業大學共同完成，並於2020年1月17日發表在《自然通訊》雜誌上。今日（1月20日），新京報記者採訪了課題組專家劉博，揭秘這次對生物多樣性殺手的最新研究突破。

薇甘菊。受訪者供圖

一分鐘一英裡的雜草

薇甘菊是菊科野生植物，菊科是一個大家族，全世界約有1000屬，25000到30000種左右。其中有人類馴化的觀賞性植物如菊、翠菊、大麗菊、金光菊、金雞菊等，還有可食用植物如萵苣、茼蒿、菊芋等，油料作物則包括向日葵、蒼耳等，還有藥用的如白朮、蒼朮、蒲公英。

3千萬年以前，薇甘菊只是菊科大家庭中的普通一員，和向日葵是「近親」，在距今3千萬年左右的一次進化中，薇甘菊出現了全基因組二倍化和大量的片段複製事件，這使得它的光合作用與暗反應、氮磷鉀的代謝和運輸等基因家族發生顯著的擴張。研究發現，薇甘菊可以24小時不間斷地進行光合作用，同時，它還可以通過自身的化感物質有效地富集固氮菌和氨化細菌，加速了根際土壤的養分循環，為其快速的生長提供充足養分。

「它長得特別快，每個莖節都會紮根」，課題組專家劉博告訴新京報記者。資料顯示，成熟期的薇甘菊一個節1天生長近20釐米。在深圳內伶仃島，薇甘菊的一個節在一年中所分枝出來的所有節的生長總長度為1007米。由於其蔓延速度極快，故有些學者稱其為「一分鐘一英裡的雜草」。

如果只是長得快，遠稱不上「殺手」。薇甘菊還會危害其它植物，劉博解釋說，「它們善於纏繞和攀附於其它植物上將它們覆蓋，阻止其它植物進行光合作用，從而使其死亡。此外，薇甘菊還會向土壤中釋放化感物質，抑制其它植物的種子萌發和幼苗生長。」

從20世紀80、90年代，在內伶仃島，薇甘菊入侵之後，短短幾年之內，全島35%以上的島嶼面積被其覆蓋，造成林木枯死面積達50公頃；40%-60%的低矮灌木林被其全部覆蓋。由於薇甘菊對島上生態系統的嚴重破壞，導致大量物種從島上消失，獼猴等珍稀動物因缺乏食物而瀕於滅絕。也就是說，它所到之處，只剩下它可以存活，所以它才被稱為「生物多樣性殺手」。

被薇甘菊覆蓋的大樹，因為無法進行光合作用會逐漸死去。受訪者供圖

強大的傳播能力

根據香港植物標本記載，最早的薇甘菊標本是1884年採自香港動植物園引種栽培，1919年在歌賦山採集到野生的薇甘菊標本。1984年在深圳發現，2008年來已廣泛分布在珠江三角洲地區。薇甘菊頭狀花序，在枝端常排成復傘房花序狀，花序漸纖細，也有一定的觀賞價值。

薇甘菊沒有「自生自滅」，反而在一個適宜生存且沒有天敵的環境裡野蠻生長。在今天，我國廣西、廣東、海南、雲南等地已經出現大規模生長的薇甘菊，同時南方大部分地方也都已經發現它的蹤跡。

薇甘菊的生命力非常頑強，科學家曾經做過一個剪葉對照實驗，將薇甘菊和6種其伴生植物作為對比對象，人為剪掉所有植株的所有葉片。30天後，對照植物中90%以上的植株死亡，而薇甘菊仍能夠正常生長。

此外，薇甘菊還有強大的傳播能力，有專家通過數學方式測算，結果顯示，「一粒薇甘菊種子，5年繁殖的數量可以達到若干兆株……不僅足以播種整個地球表面，甚至可以覆蓋太陽系所有行星」。

薇甘菊全球分布圖。受訪者供圖

「給我一個機會，我就能徵服宇宙」，這就是薇甘菊。當然，這只是計算所有種子都能成活的情況，現實中並不會出現，但這足以說明薇甘菊繁衍能力的強大之處。劉博介紹說，「薇甘菊開花數量很大，0.25平方米麵積內，計有頭狀花序達20535-50297個，合小花82140-201188朵，花生物量佔地上部分生物量的38.4%-42.8%。它的種子細小，長1.2-2.2毫米，寬0.2-0.5毫米，千粒重0.0892克，可以隨風飄散，同時也可以通過人畜活動傳播，包括運輸也會幫助薇甘菊傳播」。

尋找薇甘菊泛濫的根源

在今天，薇甘菊已經成為世界上最具危害性的植物之一。

在我國，有測算顯示，僅珠三角地區每年就因為薇甘菊的泛濫造成生態經濟損失近10億元。其危害對象主要是天然林業及橡膠等作物。因為農田作物管理嚴格，目前危害不大，「農田有人管，有雜草就拔了，但一些天然林區，人跡罕至，結果造成薇甘菊泛濫。」

目前，防控薇甘菊的主要方式是人工清除和化學農藥，但在深山密林中，很難精準施藥，因此效果不佳。同時，化學除草劑本身不具備靶向性，並且對生態系統會造成不可補救的影響，因此在野外同樣難以施用。

此次研究從基因角度，揭示了薇甘菊在全球入侵過程中的環境適應性進化和快速生長的分子機制，這為有效防治和管控薇甘菊進一步入侵提供了理論依據。

劉博介紹，「我們這項研究，目前還是基礎性研究，主要是從分子層面，分析明白了它為什麼有這麼強的適應性和傳播能力。此後，就可以在這個基礎上，研製具有靶向性的生物藥劑，精準地防控薇甘菊，防止它進一步蔓延」。

新京報記者 周懷宗

編輯 張樹婧 校對 何燕

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