Greater performance of introduced vs. native range populations of Microstegium vimineum across different light environments

Non-native plant invaders may undergo evolutionary changes through founder effects, hybridization, adaptation to novel environments, or other processes. Genetic changes in introduced populations may promote invasiveness by increasing plant vigor and plasticity. To determine if introduced populations of the annual grass Microstegium vimineum exhibit greater growth than populations from the native range, we grew plants from 10 native (China) and 10 introduced (U.S.) populations in the greenhouse under two light environments and evaluated growth and morphological traits across two harvest dates. Microstegium from introduced populations had on average 50% and 35% greater biomass in the shade and sun, respectively, than native populations at the first harvest and 59% and 33% greater biomass by the second harvest date. We found no difference in plasticity for growth across the light treatments between native and introduced populations. There were significant morphological differences in resource allocation with native populations producing greater leaf area and leaf mass per stem mass than introduced populations. However, introduced populations produced more biomass overall, despite lower allocation to leaves, which suggests greater efficiency of photosynthesis or lower respiration. These results demonstrate significant genetic differences between introduced and native populations of Microstegium for growth and morphological characteristics. Evolution of Microstegium and other introduced species may complicate the prediction and management of biological invasions.

ZusammenfassungNicht-einheimische, invasive Pflanzen können durch Gründereffekte, Hybridisierung, die Adaptation an neue Umweltbedingungen oder andere Prozesse evolutionäre Veränderungen erfahren. Die genetischen Veränderungen bei den eingeführten Populationen können die Invasivität durch eine zunehmende Vitalität und Plastizität fördern. Um zu bestimmen, ob eingeführte Populationen des annuellen Grases Microstegium vimieum ein größeres Wachstum als die Populationen im nativen Verbreitungsgebiet zeigen, zogen wir Pflanzen aus 10 nativen (China) und 10 eingeführten (U.S.) Populationen im Gewächshaus unter zwei verschiedenen Lichtbedingungen und bewerteten das Wachstum und die morphologischen Eigenschaften über zwei Erntezeitpunkte. Microstegium-Pflanzen der eingeführten Populationen hatten im Durchschnitt eine im Schatten um 50% und in der Sonne um 35% größere Biomasse beim ersten Erntezeitpunkt und entsprechend eine um 59% und 33% größere Biomasse beim zweiten Erntezeitpunkt. Wir fanden in der Plastizität des Wachstums keine Unterschiede zwischen den Lichtverhältnissen zwischen den nativen und eingeführten Populationen. Es gab signifikante morphologische Unterschiede in der Ressourcenallokation. Einheimische Populationen produzierten eine größere Blattfläche und eine größere Blattmasse pro Stängelmasse im Vergleich zu eingeführten Populationen. Dennoch produzierten die eingeführten Populationen insgesamt eine größere Biomasse trotz der geringeren Allokation in die Blätter. Dies lässt vermuten, dass es eine größere Effizienz der Photosynthese oder eine geringere Respiration gibt. Diese Ergebnisse demonstrieren signifikante Unterschiede zwischen den eingeführten und nativen Populationen von Microstegium in Bezug auf das Wachstum und die morphologischen Eigenschaften. Die Evolution von Microstegium und anderen eingeführten Arten könnte die Vorhersage und das Management bei biologischen Invasionen komplizierter machen.