科技日報記者 趙漢斌
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“擴散”一直是生物地理學和生態學的一個核心研究議題。在植物界，種子的擴散往往需要借助媒介完成，并且大多是短距離擴散，僅有約1%的擴散是長距離擴散。
記者從中國科學院昆明植物研究所了解到，該所李德銖團隊新近的研究，闡明了植物長距離擴散后的拓殖機制，為應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。相關研究綜述近日發表在國際生態與進化領域期刊《生態學和進化趨勢》上。
植物果實及種子的多樣性
植物長距離擴散，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、風媒、動物等因素影響，種子大多在短距離擴散。
然而，在植物漫長的演化和拓殖史中，長距離擴散才是生物多樣性格局形成的關鍵驅動力，對生態系統的維持和穩定有著重要影響，是制約植物種群和群落大規模動態變化的關鍵要素。
“種群間 的基因流、空白生境的拓殖和集合群落的重組，這些生態過程都與長距離擴散密切相關。此外，長距離擴散也可能劇烈擾動植物的演化進程。”昆明植物研究所李德 銖研究員介紹，如常見的飛機草、紫莖澤蘭、一枝黃花等，這些物種經長距離擴散后拓殖到新的生境成為入侵物種，嚴重影響當地的生態系統和社會經濟。
“以飛機草為例，其強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、擴張地盤。”中國科學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，從而擁有超強的繁殖能力。
讓人頭疼的事不止于此，飛機草植株還可發生強烈的化感作用，通過分泌化學物質，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。凡是飛機草入侵之地，要恢復原有的生物多樣性就異常困難。
“在當今全球環境變化影響下，植物經長距離擴散可形成新的物種分布樣式，以適應氣候和生境變化。”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散的動因、過程及媒介等方面，對擴散后植物在新的生境中如何拓殖關注甚少；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散成功與否的重要標準，但其影響因素和形成機制尚不清楚。
植物長距離擴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，李德銖研究員帶領的分子植物地理學研究團隊，持續在植物系統學和生物地理學研究領域深耕。
近年來，研究團隊以蕁麻科為模型，運用多學科交叉的研究方法，整合分子系統學、生物地理學和種子生物學等學科證據，論證了蕁麻科植物種子的跨洋長距離擴散機制。
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亞的熱帶和亞熱帶地區；我國有10種，分布于西南至華東地區。研究團隊發現該屬植物 起源于我國南方地區，經歷過4次“大陸到島嶼”的長距離擴散事件，形成現今的分布格局，顯示東南亞地區植物區系具有多種遷入成分，這為認識東南亞地區生 物、地質史和氣候的協同演變提供了新的視角。
最近，研究團隊依托中國西南野生生物種質資源庫，通過與中國科學院西雙版納熱帶植物園、以色列希伯來大學和英國愛丁堡大學合作，對種子長距離擴散后的拓殖機制開展了深入分析。“我們總結出影響植物在新生境中成功拓殖的關鍵因素，分別是繁殖體壓力、功能性狀、極端事件和人為干擾、生態位動態、阿里效應，以及捕食、競爭與共生六個方面。”李德銖說。
在此基礎上，綜合相關因素分析，研究團隊提出了評估物種發生長距離擴散后在新生境中拓殖成功概率的數學模型，此模型整合譜系地理學和運動生態學的原理方法，通過計算源強度、擴散核、增補概率和有效種群大小，可以估算物種經過長距離擴散后在新生境中拓殖成功的概率。
“這一模型，有望為長距離擴散后拓殖機制定量研究提供一個理論框架，也為評估物種入侵風險提供輔助手段。”李德銖說。
未來植物長距離擴散整合研究框架
研究團隊還總結了植物長距離擴散的研究方向和重點，提出了基于多學科交叉的整合研究范式。
首先，整 合運用生物地理學、譜系地理學和運動生態學，更加精確地還原長距離擴散事件的發生過程；其次，重點研究上述六個關鍵因素對植物長距離擴散后拓殖成敗的影響 程度及耦合關系，以確定關鍵制約要素；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散后拓殖機制的比較，提出了未來植物長距離 擴散的整合定量研究新框架，為生物多樣性保護提供了解決方案。
（圖片由中國西南野生生物種質資源庫提供）