近日，厦门大学环境与生态学院、滨海湿地教育部重点实验室滨海湿地群落生态学团队研究发现，长期气候变暖干扰滨海盐沼克隆植物互花米草有性繁殖与克隆繁殖的权衡关系。温度升高迫使互花米草种群长期维持低水平有性繁殖投入，并通过增强克隆繁殖投入来维持其局域适应。但这种繁殖策略转变可能会限制植物的远距离扩散和新基因型的产生，最终削弱滨海盐沼植物种群应对未来气候变化的进化潜力。该研究成果以“Global warming disrupts the relative allocation between sexual and clonal reproduction in a common salt marsh plant”为题发表于Ecology。
研究背景
克隆植物兼具有性繁殖与克隆繁殖，两者功能趋同但适应优势互补，通过动态资源权衡实现繁殖产出最大化与环境适应协同。环境变化可重塑其资源分配策略，但现有研究多限于短期单因子实验，难以揭示长期气候变暖对克隆植物资源分配影响的生态效应。本研究以滨海湿地典型克隆植物互花米草（Spartina alterniflora）为研究对象，依托美国佐治亚海岸生态系统长期定位观测站的原位观测体系，整合2000-2022年互花米草繁殖功能性状数据与全球变化因子数据，解析繁殖权衡对全球变暖的长期响应规律。
研究方法
本研究基于美国佐治亚海岸生态系统长期定位观测站（GCE-LTER）8个站点长达23年（2000-2022）的互花米草植株开花和密度数据（图1），结合与全球变暖密切相关的关键环境因子（温度、降水、潮差、海平面高度、河流量），探究互花米草有性繁殖和克隆繁殖间的相对资源分配策略对全球变暖的综合响应。首先，通过提取单位面积植株开花百分比与植株密度之间的线性回归拟合斜率，建立表征繁殖权衡关系的量化指标；其次，根据回归斜率与环境因子间的线性关系，确定各个环境因子的变异对繁殖权衡的效应大小和方向；最后，进一步构建随机森林回归模型，评估各个关键环境因子对繁殖权衡的相对贡献，揭示全球变暖背景下互花米草繁殖策略的适应性变化规律。
图1 美国佐治亚海岸生态系统长期定位观测站8个盐沼植物长期观测样点地理分布图。
研究结果
在2000-2022年的23年间，互花米草种群的开花百分比与密度均呈现负相关关系，且该负相关关系在大多数年份（18/23）是显著相关（图2）。温度升高和河流量减少导致权衡关系减弱（斜率趋近于零），表明高温下有性繁殖减少，克隆繁殖增加（图3b, d）；降水、潮差和相对海平面的变化对权衡关系无显著影响（图3c, e, f）。随机森林模型显示，温度对繁殖权衡的影响最大，而其他环境因子影响较小（图4）。
图2 2000-2022年互花米草种群开花百分比与密度之间的线性回归拟合关系。
图3 互花米草有性繁殖与克隆繁殖权衡关系的年际变化（a）及环境因子对繁殖权衡的影响（b：温度；c：降水量；d：河流量；e：潮差；f：海平面）。每个点代表当年互花米草种群开花百分比与密度之间的线性回归拟合斜率。
图4 随机森林模型中的全球变暖相关环境因子（温度、河流量、降水、潮差和海平面）对繁殖权衡关系影响的相对贡献。
研究意义与前景
本研究基于2000-2022年长达23年滨海盐沼植被的长期原位观测数据，揭示全球变暖显著削弱互花米草有性繁殖与克隆繁殖的权衡关系，促使种群向克隆繁殖主导的繁殖模式转变，这为预测气候变化下克隆植物的适应性演化提供了重要依据。研究进一步证实温度是驱动繁殖策略转变的关键因子，其影响远超其他环境变量，值得重点关注。此外，向克隆繁殖策略的转变可能会导致全球变暖背景下互花米草种群遗传多样性优势和远距离扩散能力丧失，进而削弱其长期适应潜力。未来研究可结合遗传学手段和更多适合度评估指标，解析全球变暖背景下互花米草繁殖策略演化的适应性后果。
研究团队及资助
该论文第一作者为我院2023级硕士生姜仁平，通讯作者为我院刘文文教授。共同作者包括休斯顿大学Steven C. Pennings教授。该研究获得中国国家自然科学基金项目（32222054）和美国国家科学基金会（NSF）佐治亚海岸生态系统长期生态研究计划（GCE-LTER）项目（OCE-9982133, OCE-0620959, OCE-1237140, OCE-1832178）的联合资助。
论文来源及链接
Renping Jiang, Wenwen Liu*, Steven C. Pennings. 2025. Global warming disrupts the relative allocation between sexual and clonal reproduction in a common salt marsh plant. Ecology, e70101.
https://doi.org/10.1002/ecy.70101
图、文 | 姜仁平
责任编辑 | 曹京柱
