“擴(kuò)散”一直是生物地理學(xué)和生態(tài)學(xué)的一個核心研究議題。在植物界，種子的擴(kuò)散往往需要借助媒介完成，并且大多是短距離擴(kuò)散，僅有約1%的擴(kuò)散是長距離擴(kuò)散。

記者從中國科學(xué)院昆明植物研究所了解到，該所李德銖團(tuán)隊(duì)新近的研究，闡明了植物長距離擴(kuò)散后的拓殖機(jī)制，為應(yīng)對全球變化下生物入侵、生物多樣性喪失等重要問題提出了解決方案。相關(guān)研究綜述近日發(fā)表在國際生態(tài)與進(jìn)化領(lǐng)域期刊《生態(tài)學(xué)和進(jìn)化趨勢》上。

植物果實(shí)及種子的多樣性

植物長距離擴(kuò)散，影響生物多樣性格局形成

自然界中，受植物自身“能力”與外在的水流、風(fēng)媒、動物等因素影響，種子大多在短距離擴(kuò)散。

然而，在植物漫長的演化和拓殖史中，長距離擴(kuò)散才是生物多樣性格局形成的關(guān)鍵驅(qū)動力，對生態(tài)系統(tǒng)的維持和穩(wěn)定有著重要影響，是制約植物種群和群落大規(guī)模動態(tài)變化的關(guān)鍵要素。

“種群間的基因流、空白生境的拓殖和集合群落的重組，這些生態(tài)過程都與長距離擴(kuò)散密切相關(guān)。此外，長距離擴(kuò)散也可能劇烈擾動植物的演化進(jìn)程?！崩ッ髦参镅芯克畹裸徰芯繂T介紹，如常見的飛機(jī)草、紫莖澤蘭、一枝黃花等，這些物種經(jīng)長距離擴(kuò)散后拓殖到新的生境成為入侵物種，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)。

“以飛機(jī)草為例，其強(qiáng)悍之處在于擁有異常粗壯的地下根莖，可以在地下橫行霸道、擴(kuò)張地盤。”中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園工程師莫海波介紹，而它的地上部分，可以一次性開出上萬朵花，產(chǎn)生上萬顆種子，并且擁有像蒲公英一樣的“降落傘”，四處飄散，從而擁有超強(qiáng)的繁殖能力。

讓人頭疼的事不止于此，飛機(jī)草植株還可發(fā)生強(qiáng)烈的化感作用，通過分泌化學(xué)物質(zhì)，抑制本土植物“鄰居”的生長；其葉片還暗藏香豆素，對牛羊等牲畜有毒，因而罕有天敵。凡是飛機(jī)草入侵之地，要恢復(fù)原有的生物多樣性就異常困難。

“在當(dāng)今全球環(huán)境變化影響下，植物經(jīng)長距離擴(kuò)散可形成新的物種分布樣式，以適應(yīng)氣候和生境變化。”論文第一作者、昆明植物研究所副研究員吳增源介紹，與此同時，長距離擴(kuò)散對碎片化景觀中群體的維持也有重要作用。

然而，以往的研究主要聚焦在擴(kuò)散的動因、過程及媒介等方面，對擴(kuò)散后植物在新的生境中如何拓殖關(guān)注甚少；而物種能否在新的生境中存活并建立種群是評價長距離擴(kuò)散成功與否的重要標(biāo)準(zhǔn)，但其影響因素和形成機(jī)制尚不清楚。

植物長距離擴(kuò)散的主要階段及制約因素

六大因素，左右植物在新生境中拓殖

長期以來，李德銖研究員帶領(lǐng)的分子植物地理學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，持續(xù)在植物系統(tǒng)學(xué)和生物地理學(xué)研究領(lǐng)域深耕。

近年來，研究團(tuán)隊(duì)以蕁麻科為模型，運(yùn)用多學(xué)科交叉的研究方法，整合分子系統(tǒng)學(xué)、生物地理學(xué)和種子生物學(xué)等學(xué)科證據(jù)，論證了蕁麻科植物種子的跨洋長距離擴(kuò)散機(jī)制。

以其下的紫麻屬為例，此屬約有19個物種，分布在亞洲東部和大洋洲巴布亞新幾內(nèi)亞的熱帶和亞熱帶地區(qū)；我國有10種，分布于西南至華東地區(qū)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)該屬植物起源于我國南方地區(qū)，經(jīng)歷過4次“大陸到島嶼”的長距離擴(kuò)散事件，形成現(xiàn)今的分布格局，顯示東南亞地區(qū)植物區(qū)系具有多種遷入成分，這為認(rèn)識東南亞地區(qū)生物、地質(zhì)史和氣候的協(xié)同演變提供了新的視角。

最近，研究團(tuán)隊(duì)依托中國西南野生生物種質(zhì)資源庫，通過與中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園、以色列希伯來大學(xué)和英國愛丁堡大學(xué)合作，對種子長距離擴(kuò)散后的拓殖機(jī)制開展了深入分析。“我們總結(jié)出影響植物在新生境中成功拓殖的關(guān)鍵因素，分別是繁殖體壓力、功能性狀、極端事件和人為干擾、生態(tài)位動態(tài)、阿里效應(yīng)，以及捕食、競爭與共生六個方面。”李德銖說。

在此基礎(chǔ)上，綜合相關(guān)因素分析，研究團(tuán)隊(duì)提出了評估物種發(fā)生長距離擴(kuò)散后在新生境中拓殖成功概率的數(shù)學(xué)模型，此模型整合譜系地理學(xué)和運(yùn)動生態(tài)學(xué)的原理方法，通過計算源強(qiáng)度、擴(kuò)散核、增補(bǔ)概率和有效種群大小，可以估算物種經(jīng)過長距離擴(kuò)散后在新生境中拓殖成功的概率。

“這一模型，有望為長距離擴(kuò)散后拓殖機(jī)制定量研究提供一個理論框架，也為評估物種入侵風(fēng)險提供輔助手段。”李德銖說。

未來植物長距離擴(kuò)散整合研究框架

研究團(tuán)隊(duì)還總結(jié)了植物長距離擴(kuò)散的研究方向和重點(diǎn)，提出了基于多學(xué)科交叉的整合研究范式。

首先，整合運(yùn)用生物地理學(xué)、譜系地理學(xué)和運(yùn)動生態(tài)學(xué)，更加精確地還原長距離擴(kuò)散事件的發(fā)生過程；其次，重點(diǎn)研究上述六個關(guān)鍵因素對植物長距離擴(kuò)散后拓殖成敗的影響程度及耦合關(guān)系，以確定關(guān)鍵制約要素；最后，通過百萬年地史時間尺度，以及人類世以來的短時間尺度植物長距離擴(kuò)散后拓殖機(jī)制的比較，提出了未來植物長距離擴(kuò)散的整合定量研究新框架，為生物多樣性保護(hù)提供了解決方案。

（圖片由中國西南野生生物種質(zhì)資源庫提供）

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來源：科技日報

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