人们对外来入侵植物的特性已进行了很多的研究,并发现它们具有某些非入侵植物所不具有的功能性状和遗传特征。Barrett发现许多适应能力强、分布广泛的杂草多数是多倍体,于是推测多倍体更容易成为入侵种。在当今世界上有案可查的成功入侵的外来植物中,许多都是多倍体物种,一般认为多倍体植物产生比其亲本物种较高的适合度和对环境较强的适应能力,但是对于这一过程的机制和变化细节我们还知之甚少。加拿大一枝黄花Solidago canadensis L.隶属菊科(Asteraceae)一枝黄花属(Solidago.L)的多年生草本植物,原产于北美,现已成为世界性入侵种,目前在全球范围内仍处于不断扩张之中。在我国加拿大一枝黄花的入侵已造成巨大的生态经济损失,已经被列入中国第二批外来入侵物种名单。加拿大一枝黄花在原产地是一种由具有不同染色体数目的亚种或变种所组成的多倍体复合种,主要的染色体倍性有3种：二倍体(2x=18)、四倍体(2x=36)和六倍体(2x=54)。目前对于加拿大一枝黄花的分类学、生物学特性和基本生态学特性的研究较多,但很少有人关注其染色体水平的差异与入侵性的关系。因此研究加拿大一枝黄花在入侵地倍性水平的变化及多倍化对其在异质生境中适应性的影响,将有助于了解多倍化在加拿大一枝黄花的成功入侵中的作用和明确入侵物种的遗传特征,为外来物种引种、准确地预测和有效地控制其扩散提供科学依据。本次研究重点考察了加拿大一枝黄花入侵的定居、建群的生态过程,采用流式细胞术(FCM)调查了原产地和入侵地中国的加拿大一枝黄花的染色体的倍性水平,采用分子标记分析了原产地和入侵地中国的不同倍性的加拿大一枝黄花的遗传多样性,调查了原产地和入侵地中国的不同倍性的加拿大一枝黄花种子繁殖体表型性状、种子萌发特性及风播特性；采用同质园实验比较了原产地和入侵地中国的不同倍性的加拿大一枝黄花幼苗形态、生物量分配、光合特性和耐热性的差异。另外,本文还建立了加拿大一枝黄花的组培快繁体系,旨在为利用组织培养快速、高效筛选生物除草剂、进行化感作用及遗传转化研究提供可能的培养体系。主要结果如下：采用流式细胞术比较了来自原产地北美洲9个种群和入侵地中国60个种群以及栽培种群黄莺花共计346个体的染色体倍性。数据表明：在原产地,Solidago canadensis L.的染色体倍性有3种：二倍体(2x=18)、四倍体(2x=36)和六倍体(2x=54),发现两个混倍体种群,细胞型空间隔离不明显。二倍体种群更常见。在中国,Solidago canadensisL.种群的染色体倍性仅有四倍体(2x=36)和六倍体(2x=54)2种。而栽培植群黄莺花的染色体倍性为二倍体(2x=18),没有在野外发现二倍体加拿大一枝黄花。在入侵种群中六倍体占主导(77%),混倍体的比例为14.7%。入侵地与原产地六倍体加拿大一枝黄花的DNA指数变异明显,入侵地的六倍体加拿大一枝黄花的DNA指数明显低于原产地,而四倍体加拿大一枝黄花则无差异。在入侵地加拿大一枝黄花营养器官具有内多倍化现象。调查结果表明多倍体加拿大一枝黄花比二倍体具备更强的入侵性,多倍化可能是加拿大一枝黄花在我国成功入侵主要原因。利用ISSR遗传标记对入侵地中国39个六倍体种群,8个混倍体种群10个四倍体种群和北美原产地的二倍体、四倍体和六倍体种群各3个的加拿大一枝黄花进行遗传多样性分析。结果表明中国境内的四倍体类群与六倍体类群的Shannon信息指数、Nei’s基因多样性指数均显著低于相应的原产地四倍体类群与六倍体类群。不同染色体倍性的加拿大一枝黄花遗传多样性存在显著差异,六倍体类群具有最高遗传多样性。遗传相似性分析表明我国最早入侵地区的加拿大一枝黄花与原产地种群亲缘关系最近,提示原产地采样地区的加拿大一枝黄花种群可能是入侵中国的源种群。AMOVA、 Wright’s F-统计量表明北美原产地与入侵地中国之间,原产地与入侵地不同倍性种群之间的加拿大一枝黄花种群发生一定程度的遗传分化。上述结果说明加拿大一枝黄花在入侵初期经历了遗传瓶颈,但多倍化有助于遗传多样性的提高,突破遗传瓶颈的限制,六倍体加拿大一枝黄花可能比四倍体更具进化潜力,更具入侵性。本实验选用采自中国的33个不同地理位置以及采自美国、加拿大的9个不同地理位置的不同倍性的加拿大一枝黄花进行种子表型性状、种子萌发特性及风播特性检测实验。结果表明,二倍体加拿大一枝黄花种子的长度、宽度、重量等指标均显著低于多倍体,常温与高温下的萌发率、萌发指数显著低于多倍体加拿大一枝黄花；二倍体加拿大一枝黄花的瘦果的冠毛长、数目显著低于多倍体加拿大一枝黄花；相比多倍体加拿大一枝黄花,二倍体加拿大一枝黄花瘦果的垂直沉降速度快,水平扩散距离近。原产地多倍体与入侵地多倍体的种子萌发特性、表型性状及传播特性存在显著差异,入侵地多倍体加拿大一枝黄花种子变大、更重,生活力更强,萌发率更高,萌发速率更快,冠毛数目增加,垂直沉降速度慢,随风力扩散距离更远。入侵地六倍体比入侵地四倍体种子更大、更重,生活力更强,萌发率更高,萌发速率更快,冠毛数目更多,结果表明多倍化增大对种子繁殖体资源输出,增强了加拿大一枝黄花种子繁殖体散布和萌发能力,促进了幼苗快速建群和种群的扩张,多倍化增强了加拿大一枝黄花在中国境内的入侵。六倍体在适应不同于原产地环境的过程发生了更加快速的变异,六倍体加拿大一枝黄花比四倍体分布更为广泛。在同质园条件下种植了采自原产地北美的二倍体、四倍体和六倍体的加拿大一枝黄花和入侵地的四倍体和六倍体的加拿大一枝黄花。本研究测定了指示适合度的指标：各营养器官生物量及总生物量,指示竞争能力的指标：植株尺寸包括株高,茎直径,叶面积,比叶面积(SLA),叶干物质含量(LDMC),(?)冠比(RSR),测定了光合作用参数和室温与高温下的叶绿素荧光参数。结果表明来自原产地和入侵地的六倍体加拿大一枝黄花幼苗具有最大的生物量积累、叶面积,最高的SLA和RSR,最低的LDMC,具有最大的叶面积、根长、根数,植株长得更高。六倍体加拿大一枝黄花在光合特性和PSII与四倍体和二倍体存在显著差异。六倍体具有更高的最大净光合速率、气孔导度和蒸腾速率,叶绿素荧光参数在正常室温下差异不明显,在高温胁迫下六倍体PSII的φP0、ET/ABS、PI(abc)、PI(CSO)、PI(csm)、TR0/CS、ET0/CS降幅最小,Fo/Fm最低,表明六倍体PSII对高温比其他细胞型更具耐性。上述结果说明六倍体加拿大一枝黄花在原产地就比四倍体和二倍体具有竞争优势,因此更容易成为入侵种。通过比较原产地与入侵地加拿大一枝黄花的六倍体与四倍体加拿大一枝黄花发现,入侵地多倍体加拿大一枝黄花具有更高的株高、SLA,更低的LDMC,更大的生物量积累和根冠比,但入侵地多倍体加拿大一枝黄花净光合速率、气孔导度、蒸腾速率低于原产地多倍体,结果说明入侵地六倍体加拿大一枝黄花在提高竞争能力与投资防御方面可能存在权衡,入侵地多倍体加拿大一枝黄花将更多的能量分配于营养生长以增强竞争能力。蒸腾速率降低有利于植物在高温地区保持水分,因此加拿大一枝黄花在入侵地中国境内产生了增强竞争力的适应性进化来响应生境的改变。通过比较入侵地六倍体与四倍体发现六倍体加拿大一枝黄花具备更高的资源捕获能力,光合机构效率更高,PSII更加耐受高温,因此六倍体加拿大一枝黄花具有比四倍体具有更强的入侵能力,在中国分布更为广泛。为了解不同细胞型加拿大一枝黄花苗期耐热适应性,分析了现有的加拿大一枝黄花不同细胞型在纬度的分布及倍性水平与温度的相关性,采用人工模拟气候鉴定法对同质园种植条件下的不同倍性加拿大一枝黄花幼苗进行耐热性比较。通过极端温度暴露试验测定叶片细胞内的活性氧(ROS)类物质和渗透调节物质游离脯氨酸Pro含量积累,抗氧化酶Cu/Zn-SOD动态变化。结果表明：原产地不同倍性加拿大一枝黄花在纬度分布范围重叠,没有明显的地理隔离,在入侵地,不同倍性加拿大一枝黄花在纬度分布上出现严重分化。二倍体分布在高纬度地区,在中国境内低纬度地区仅发现多倍体,温度显著影响不同细胞型的地理分布。不同倍性加拿大一枝黄花的热耐受性具有显著差异,四倍体与六倍体耐热性均显著高于二倍体；与二倍体植株相比,多倍体加拿大一枝黄花在高温胁迫下具有较低的H2O2、Pro的积累,但具有较高的抗氧化酶Cu/Zn-SOD活性。显示多倍体加拿大一枝黄花具有较好的清除活性氧的机制,对高温胁迫具有更好的耐受性。研究结果表明,多倍化提高了加拿大一枝黄花的耐热性,可能是其在中国成功入侵的原因之一。以加拿大一枝黄花的幼嫩茎段和叶片为外植体,研究不同种类和浓度激素对加拿大一枝黄花离体组织培养再生的影响,结果表明：最佳的茎段扦插培养基为MS+BA0.1mg·L-1+NAA0.05mg·L-1,MS+BA1.0mg·L-1+NAA0.1mg·L-1为茎段丛生芽增殖的最适培养基,MS+BA2.0mg·L-1+NAA0.4mg·L-1为叶片丛生芽增殖的最适培养基,MS+BA1.0mg·L-1+NAA1.0mg·L-1对加拿大一枝黄花叶片愈伤组织的诱导效果最好,1/2MS对组培苗生根较为有利,生根率达到100%。综上所述,多倍体提高了后代的活力、散布能力和耐热性,,提高了资源捕获能力,比二倍体更具竞争优势,具备对异质环境的更高的前适应潜能,因此更易实现入侵。多倍化提高了物种的遗传多样性,六倍体加拿大一枝黄花比四倍体具有更高的遗传特性,导致更大的进化潜力,因此可以迅速突破遗传瓶颈的限制,权衡竞争与防御,权衡繁殖方式,提高后代适合度和竞争力,因此六倍体加拿大一枝黄花比四倍体更具入侵性,在中国境内分布更加广泛。在入侵地中国加拿大一枝黄花采取前适应性和后适应性进化两种生态策略,后适应性进化相对于前适应性更加显著的促进了加拿大一枝黄花在中国成功入侵,而多倍化可能是加拿大一枝黄花在入侵地中国发生增强竞争力适应性进化的主要原因。