Differences in leaf traits between invasive and native species of Asteraceae

doi:10.11686/cyxb2025009

Abstract

Abstract:

Given the changes in the structure and composition of native plant communities caused by invasive species， along with their detrimental effects on biodiversity， this paper aims to investigate the differences in leaf anatomical structures and physiological and chemical traits between invasive plants and native plants of the Asteraceae family. The invasive species Solidago canadensis， Sonchus oleraceus， Erigeron annuus and the native species Lactuca indica， Cirsium setosum were selected as representative species to determine if there are systematic leaf anatomical structure and physiological and chemical trait differences between invasive and native Asteraceae species. The results indicated that invasive plants exhibited a higher average cuticle thickness， palisade-sponge ratio， and cell tightness ratio compared to native plants. This suggests that invasive plants possess superior water retention ability and stress adaptability， compared to their native species counterparts. Furthermore， invasive species exhibit greater potential for photosynthesis and nutrient acquisition compared to native species， as evidenced by higher chlorophyll content， specific leaf area， and total nitrogen content than the native Asteraceae species. In addition， the results of redundancy analysis reveal a significant relationship between the anatomical structure of leaves and their physiological and chemical traits. Specifically， an increase in leaf thickness generally indicates greater light absorption， which enhances the photosynthetic efficiency of the leaves. Consequently， it is these advantageous characteristics that have enabled the invasive species to proliferate and colonize successfully.

Key words: Asteraceae, invasive plants, native plants, leaf anatomical structure, leaf physiological and chemical traits

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Figures/Tables 7

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项目 Item	性状 Trait	入侵植物 Invasive plant	本地植物 Native plant	显著性 P
解剖结构 LAS	叶片厚度LT （μm）	230.78±7.25a	229.93±2.80a	0.755
	角质层厚度CT （μm）	7.71±0.32a	6.98±0.58b	0.007
	表皮厚度ET （μm）	53.65±8.24a	41.43±4.66b	0.003
	栅栏组织厚度PT （μm）	77.90±2.35a	71.16±6.72a	0.057
	海绵薄壁组织厚度ST （μm）	96.43±11.26a	103.59±0.77a	0.094
	栅海比P/S	0.82±0.13a	0.69±0.07b	0.019
	组织结构紧密度CTR （%）	33.80±1.92a	30.93±2.68b	0.031
	组织结构疏松度SR （%）	41.69±3.78b	45.06±0.80a	0.029
	气孔密度SD （mm^-2）	274.64±46.63a	281.61±10.41a	0.674
	叶脉密度VD （cm·cm^-2）	7.51±2.21a	6.48±1.47a	0.336
生理化学性状 LPCT	叶片干物质含量LDMC	0.15±0.03a	0.12±0.02a	0.055
	叶面积LA （cm²）	22.60±6.16a	7.16±0.66b	<0.001
	比叶面积SLA （cm²·g^-1）	93.19±25.06a	64.98±9.22b	0.011
	全磷TP （mg·g^-1）	1.00±0.11a	0.90±0.04a	0.059
	全碳TC （mg·g^-1）	478.09±12.59a	481.36±8.57a	0.590
	全氮TN （mg·g^-1）	33.29±1.62a	28.37±2.79b	0.005
	C/N	14.38±0.46b	17.13±1.99a	0.019
	C/P	483.03±59.15a	535.66±22.02a	0.060
	N/P	33.61±4.14a	31.63±3.98a	0.373
	叶绿素a Chl a （mg·g^-1）	20.38±2.40a	17.13±1.95b	0.016
	叶绿素b Chl b （mg·g^-1）	6.69±0.76a	5.90±0.50b	0.045
	总叶绿素Chl （mg·g^-1）	27.07±3.07a	23.04±2.42b	0.018
	Chl a/b	3.05±0.20a	2.90±0.13a	0.123

项目 Item	性状 Trait	入侵植物 Invasive plant	本地植物 Native plant	显著性 P
解剖结构 LAS	叶片厚度LT （μm）	230.78±7.25a	229.93±2.80a	0.755
	角质层厚度CT （μm）	7.71±0.32a	6.98±0.58b	0.007
	表皮厚度ET （μm）	53.65±8.24a	41.43±4.66b	0.003
	栅栏组织厚度PT （μm）	77.90±2.35a	71.16±6.72a	0.057
	海绵薄壁组织厚度ST （μm）	96.43±11.26a	103.59±0.77a	0.094
	栅海比P/S	0.82±0.13a	0.69±0.07b	0.019
	组织结构紧密度CTR （%）	33.80±1.92a	30.93±2.68b	0.031
	组织结构疏松度SR （%）	41.69±3.78b	45.06±0.80a	0.029
	气孔密度SD （mm^-2）	274.64±46.63a	281.61±10.41a	0.674
	叶脉密度VD （cm·cm^-2）	7.51±2.21a	6.48±1.47a	0.336
生理化学性状 LPCT	叶片干物质含量LDMC	0.15±0.03a	0.12±0.02a	0.055
	叶面积LA （cm²）	22.60±6.16a	7.16±0.66b	<0.001
	比叶面积SLA （cm²·g^-1）	93.19±25.06a	64.98±9.22b	0.011
	全磷TP （mg·g^-1）	1.00±0.11a	0.90±0.04a	0.059
	全碳TC （mg·g^-1）	478.09±12.59a	481.36±8.57a	0.590
	全氮TN （mg·g^-1）	33.29±1.62a	28.37±2.79b	0.005
	C/N	14.38±0.46b	17.13±1.99a	0.019
	C/P	483.03±59.15a	535.66±22.02a	0.060
	N/P	33.61±4.14a	31.63±3.98a	0.373
	叶绿素a Chl a （mg·g^-1）	20.38±2.40a	17.13±1.95b	0.016
	叶绿素b Chl b （mg·g^-1）	6.69±0.76a	5.90±0.50b	0.045
	总叶绿素Chl （mg·g^-1）	27.07±3.07a	23.04±2.42b	0.018
	Chl a/b	3.05±0.20a	2.90±0.13a	0.123

统计Statistic	第1轴Axis 1	第2轴Axis 2	第3轴Axis 3	第4轴Axis 4
特征值Eigenvalues	0.857	0.077	0.039	0.020
变异解释量（累积）Explained variation （cumulative）（%）	85.720	93.440	97.380	99.340
Pseudo-canonical相关性Pseudo-canonical correlation	0.998	0.998	0.996	0.981
拟合变异解释量（累积）Explained fitted variation （cumulative）（%）	86.160	93.910	97.880	99.850

统计Statistic	第1轴Axis 1	第2轴Axis 2	第3轴Axis 3	第4轴Axis 4
特征值Eigenvalues	0.857	0.077	0.039	0.020
变异解释量（累积）Explained variation （cumulative）（%）	85.720	93.440	97.380	99.340
Pseudo-canonical相关性Pseudo-canonical correlation	0.998	0.998	0.996	0.981
拟合变异解释量（累积）Explained fitted variation （cumulative）（%）	86.160	93.910	97.880	99.850

性状 Trait	解释度Explains （%）	贡献度Contribution （%）	检验值F	显著性P	性状 Trait	解释度Explains （%）	贡献度Contribution （%）	检验值F	显著性P
叶绿素a/b Chl a/b	45.1	45.3	10.7	0.004	叶片干物质含量LDMC	0.4	0.5	1.9	0.144
叶面积LA	31.7	31.9	16.4	0.002	碳氮比C/N	0.3	0.3	2.4	0.102
比叶面积SLA	10.2	10.2	8.6	0.004	叶绿素a Chl a	0.1	0.1	0.9	0.406
全碳TC	6.4	6.5	9.8	0.002	碳磷比C/P	<0.1	<0.1	0.5	0.696
全氮TN	4.3	4.3	16.7	0.002	全磷TP	0.1	0.2	0.9	0.468
氮磷比N/P	0.6	0.6	3.6	0.038	叶绿素b Chl b	<0.1	<0.1	0.5	0.680