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、福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站（台海站）滨海湿地群落生态学团队研究发现，入侵植物互花米草结实率随纬度增加而逐渐升高的地理格局与种群自交结实能力及其花期温度密切相关。研究基于10年间开展的4次跨纬度野外调查，结合南北两地温室同质园授粉实验和控温实验发现，互花米草在入侵过程中自交亲和性增加，且自交能力随纬度升高而逐渐增强；散粉期温度对结实率具有显著影响，并存在最适温度区间。该研究以“Temperature modulates sexual reproduction in a globally invasive plant species via self-fertilisation”为题发表于Journal of Ecology。

研究背景

有性繁殖是外来植物建立种群和实现远距离扩散的重要途径。然而，在入侵初期，种群规模较小、可交配个体不足以及不适宜的温度条件，都可能限制其有性繁殖成功。自交能够降低植物对外源花粉的依赖，为种群提供繁殖保障，但外来植物能否在入侵过程中形成更强的自交亲和性，以及环境因子如何影响这种能力的地理分化，仍缺乏充分的实验证据。

互花米草（Spartina alterniflora）是全球滨海湿地典型入侵植物，兼具有性繁殖与克隆繁殖能力。其原产地种群以异花授粉为主，并具有较强的自交不亲和性。互花米草因其高适应性与强大的繁殖能力，于1979年引入我国后，广泛入侵我国沿海潮滩，地理分布范围已超过20个纬度，成为我国滨海湿地主要的入侵植物，为研究有性繁殖策略的适应性变异提供了理想体系。本研究聚焦互花米草结实率沿纬度线性递增的地理变异格局，从种群自交能力分化和花期温度效应两个方面，探究这一纬度格局形成的潜在机制。

研究方法

研究团队于2012、2013、2021和2022年开展4次野外跨纬度调查，覆盖我国沿海约19°—40°N的纬度范围，以饱满种子占全部种子的比例表征结实率，并结合各调查地点的年均温数据，检验结实率纬度格局及其温度响应关系在不同年份间是否稳定。

为区分种源差异与生长环境的作用，团队选取6个不同纬度来源的互花米草种群，在山东东营和福建厦门分别建立高、低纬度温室同质园，于2023和2024年开展自然授粉、自交授粉和异交授粉实验。同时，跟踪监测植株物候和温度变化，重点分析清晨6:00—9:00散粉时段温度与结实率之间的关系。进一步将低纬度同质园中的部分植株移入28 ℃室内控温培养间，与留在高温同质园中的植株比较，检验缓解高温胁迫对结实的影响。

图1 互花米草野外调查与种源采集地点、高低纬度温室同质园及花粉实验设计

研究结果

野外调查显示，互花米草结实率在4个调查年份中均随纬度升高而显著增加，并与年均温呈显著负相关（图2）。这一纬度格局在10年的4次野外调查中保持稳定。例如，高纬度塘沽种群平均结实率为79.50%，而低纬度雷州种群为8.29%，表明我国南北沿海互花米草种群的有性繁殖表现存在明显差异。

图2 野外互花米草结实率与纬度及年均温的关系

（Lines with shading denote model-predicted values with 95% confidence intervals）

同质园授粉实验表明，在高纬度同质园中，自交处理下的平均结实率为15.91%，低于自然授粉和异交处理下的32.50%和34.86%，但互花米草在隔绝外源花粉的条件下仍能完成有性繁殖并结实，且自交结实随纬度升高而逐渐增加。相比之下，低纬度同质园中各授粉处理的结实率整体较低，自交处理下的结实率与种源纬度之间未检测到显著关系。进一步分析自交率发现，高纬度同质园中的自交率均随种源纬度升高而显著增加（图3）。以上结果表明，互花米草的自交能力随种源纬度升高而增强，表明自交能力分化可能与互花米草结实率纬度格局的形成有关。

图3 高低纬度温室同质园在不同花粉处理下互花米草结实率及自交率随种源纬度的变化

（Lines with shading denote model-predicted values with 95% confidence intervals）

控温实验进一步显示，缓解高温胁迫能够改善互花米草的结实表现。与低纬度高温同质园相比，28 ℃处理下各授粉处理合计的平均结实率相对提高105.17%；其中，开放授粉、自交和异交处理分别相对提高180.15%、54.44%和54.53%。这一结果表明，花期高温是限制互花米草有性结实的重要环境因素。同时，结合温室的温度跟踪监测进一步发现，结实率与清晨6:00—9:00散粉时段温度表现出最强的负相关关系。两年的温室同质园数据均显示，结实率在约23 ℃达到峰值，在22—25 ℃范围内保持较高水平，这表明散粉时段的适宜温度窗与有性繁殖成功密切相关（图4）。

图4 温室同质园中互花米草结实率对散粉时段温度的响应

研究意义与前景

本研究将野外地理格局与温室同质园授粉、培养间控温实验相结合，为理解自交授粉的地理变异提供了新的认识，并揭示温度是调节有性繁殖的重要因素；同时，温度还可能通过促进自交亲和性增强的进化，进一步加剧入侵植物的地理扩张。

本研究也提示在互花米草治理及后续监测中，需要关注残存种群的种子繁殖能力。种群密度下降、异交机会减少时，较强的自交能力可能为残存个体提供繁殖保障，因此仍需警惕其种子传播和再扩散风险。未来可结合遗传学分析、花粉生理及后代适合度测定，进一步检验自交能力变化的遗传基础与生态后果，为滨海湿地入侵植物的长期管控提供依据。

研究团队及资助

该论文第一作者为我院2022级直博生高逸，通讯作者为刘文文教授；共同作者包括我院吴浩副教授，2023级已毕业硕士周源，2025级博士生姜仁平，2022级已毕业硕士夏丽丽，2024级硕士生叶靖珂，2021级已毕业博士吴福佳。该研究获得国家自然科学基金项目（32571780、32222054）资助。

论文来源及链接

Yi Gao, Yuan Zhou, Renping Jiang, Lili Xia, Jingke Ye, Fujia Wu, Hao Wu, Wenwen Liu*. Temperature modulates sexual reproduction in a globally invasive plant species via self-fertilisation. Journal of Ecology,  114, e70441.

https://doi.org/10.1111/1365-2745.70441

图、文 | 高 逸

责任编辑 | 刘文文