濒危海草Zostera caespitosa种子萌发与幼苗建成的影响因素及其对种子恢复的启示

《Aquaculture Reports》：Factors influencing seed germination and seedling establishment of the threatened seagrass, Zostera caespitosa: Implications for seed-based restoration

本研究针对濒危海草Zostera caespitosa在其原生地东北亚海岸持续衰退的问题，探讨了种子来源、盐度(0、15、30 psu)和温度(5、20 °C)对其种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明，统营(TY)种子大于长木湾(JM)种子，萌发率更高；实验室条件下，种子萌发(15 psu, 5 °C)与幼苗生长(15 psu, 20 °C)的最适条件不同；野外实验中，TY种子初期幼苗密度显著高于JM种子，但实验末期无显著差异。研究为Z. caespitosa的种子恢复策略提供了关键依据，强调了考虑发育阶段特异性环境条件及使用大种子的重要性。

　　

在广阔的海洋生态系统中，海草床与红树林、盐沼并称为三大最具价值和生产力的沿海生态系统。它们如同海底的森林，默默支撑着渔业生产、净化水质，并扮演着重要的碳汇角色，是应对气候变化不可或缺的蓝色卫士。然而，这片生机勃勃的绿色世界正面临着严峻的挑战。全球范围内，海草床以每年约110平方公里的速度消失，已有约30%的面积损失，使其成为地球上最受威胁的生态系统之一。人类活动的干扰是其主要原因，但台风、海洋热浪等自然威胁也日益凸显。因此，修复退化的海草床已成为全球性的重要保护行动。

在众多海草物种中，Zostera caespitosa（簇生大叶藻）是一种生长于中国、韩国和日本浅水区的特有物种，其独特的簇状生长形态（由密集的分株和极短的节间构成）使其易于辨认。遗憾的是，这种海草在东北亚地区正快速衰退，已被视为濒危物种。目前，针对该物种的管理和保护研究十分有限，且主要集中于成体移植试验。与移植成熟的植株相比，基于种子的恢复方法具有成本低、对现有草场破坏小、易于大规模实施且能增强种群遗传多样性等优势。然而，种子恢复也面临诸多挑战，如种子被捕食、萌发率低、幼苗建成困难等，导致仅有极少部分种子能成功发育为成株。对于Z. caespitosa而言，其独特的簇状形态在自然界中较为罕见，采集营养枝作为移植供体可能会对天然草场构成威胁，这使得种子恢复成为一种更具潜力和可持续性的保护途径。但迄今为止，尚未有研究通过实地测量来评估Z. caespitosa种子萌发和幼苗建成的可行性，这严重制约了其种子恢复策略的制定。

为了填补这一知识空白，并为这种濒危海草的保育提供科学依据，研究人员在《Aquaculture Reports》上发表了他们的研究成果。他们提出假设，认为不同的种子来源会影响Z. caespitosa的种子萌发和幼苗建成。为此，他们从韩国南海岸的长木湾（Jangmok Bay, JM）和统营（Tongyeong, TY）两个地点采集了Z. caespitosa的种子，系统研究了种子来源、盐度（0、15、30 psu）和温度（5、20 °C）对其萌发率及后续幼苗生长的影响，并同时在实验室可控条件和自然野外环境下进行了验证。

本研究主要运用了几项关键技术方法。首先是种子性状分析，包括测量种子长度、宽度、湿重、干重、含水量，并通过挤压试验和氯化三苯基四氮唑（TTC）染色法评估种子活力。其次是实验室萌发实验，采用双因子设计（温度×盐度），将种子播种于沉积物中，定期观察记录萌发情况，并计算累积萌发率和平均萌发时间（MTG），实验结束后测量幼苗高度。第三是野外实验，在长木湾设立永久样方，播种已知数量的JM和TY种子，每月监测幼苗密度、补充和死亡率，并测量幼苗高度，同时使用水下光强和温度记录仪监测环境因子。最后，统计分析采用了广义线性模型（GLM，包括Beta回归模型和拟泊松分布模型）、t检验、方差分析（ANOVA）以及分层Cox比例风险模型等多种方法，以严谨评估各因素对萌发和生长的影响。

3.1. 种子特性

研究人员对来自长木湾（JM）和统营（TY）的Z. caespitosa种子进行了详细测量。结果发现，两个来源的种子在长度上没有显著差异，但TY种子的宽度显著大于JM种子。相应地，TY种子的湿重和干重也显著高于JM种子，而含水量则显著低于JM种子。种子活力在两个地点都很高，JM为93.3%，TY甚至达到100%。这些结果表明，TY种子比JM种子更大、更重，储存了更多的营养物质，这可能会影响其后续的萌发表现。

3.2. 种子来源、温度和盐度对种子萌发的影响

实验室萌发实验显示，种子来源和盐度对Z. caespitosa的萌发率有显著影响，而温度的主效应在统计上不显著。具体而言，TY种子的累积萌发率显著高于JM种子。在盐度方面，15 psu条件下的萌发率最高，0 psu条件下最低。尽管温度本身影响不显著，但在5°C下的萌发率普遍略高于20°C。综合分析表明，Z. caespitosa种子萌发的最佳条件是15 psu结合5°C。此外，TY种子的平均萌发时间（MTG）显著短于JM种子，意味着TY种子萌发更快。

3.3. 野外条件下的种子萌发和幼苗建成

野外实验监测了从2021年12月到2022年7月的变化。环境数据显示，水下光子通量密度（PFD）和水温在不同月份间存在显著波动。种子萌发始于最寒冷的时期（2022年2月），并持续到春季。与实验室结果一致，TY种子的野外累积萌发率（33.8%）显著高于JM种子（15.3%）。幼苗密度在实验初期（3-4月）TY种子显著高于JM种子，但到了实验末期（7月），两者变得没有显著差异，存活率均极低（仅2-3%的播种种子存活）。然而，在整个实验期间，JM和TY种子的幼苗高度没有显著差异，均随着季节变化而增长。

研究的讨论部分对上述结果进行了深入分析。关于盐度的影响，与许多其他Zostera物种（如Z. japonica, Z. marina）在低盐或淡水条件下萌发最佳不同，Z. caespitosa在15 psu时萌发最好，在0 psu时最差。这可能是由于Z. caespitosa主要分布于受淡水输入影响较小的较深亚潮带，其更适应稳定的盐度环境。关于温度，Z. caespitosa在5°C（接近其栖息地冬季最低温度）下萌发更佳，这与Z. marina等物种在西北太平洋地区的萌发模式相似，表明萌发最适温度可能与当地环境的最低温度密切相关。

研究的一个重要发现是，Z. caespitosa种子萌发（15 psu, 5 °C）和幼苗生长（15 psu, 20 °C）的最适条件是不同的。这种差异可能是一种适应策略，使不同发育阶段能够利用不同的环境条件，或许有助于减少代际竞争或适应环境变化。这与在其他海草物种中的观察一致。

种子来源（体现为种子大小）对萌发有显著影响。TY种子更大更重，其萌发率和萌发速度均优于JM种子。这支持了种子大小与储存能量正相关，从而影响萌发成功的观点。然而，在野外实验中，尽管TY种子初期建立了更高的幼苗密度，但到实验末期，两种来源的幼苗密度和高度均无差异。这表明，在萌发后的早期幼苗发育阶段，当地的环境条件（可能包括生物因素如竞争、捕食，或物理因素如水流、沉积物稳定性）对幼苗的存活和生长产生了强烈的影响，其作用甚至超过了种子来源的初始优势。

综上所述，本研究首次系统地评估了濒危海草Zostera caespitosa的种子萌发和幼苗建成特性。研究结论明确指出，该物种的种子萌发和幼苗生长需要不同的最适环境条件（分别为15 psu, 5 °C 和 15 psu, 20 °C）。种子来源（种子大小）显著影响萌发成功率，较大的种子（如TY种子）萌发更快、更好。然而，在自然环境下，种子萌发后的幼苗建立阶段受到强烈的环境筛选，导致最终存活率极低，这揭示了幼苗建立是Z. caespitosa有性繁殖成功的一个关键瓶颈。

这项研究的意义重大。它不仅首次为Z. caespitosa的种子生物学提供了关键数据，而且为其种子恢复实践提供了直接指导：在恢复项目中，应考虑发育阶段特异性的环境条件，并优先选择大而饱满的种子以提高初始萌发成功率。鉴于Z. caespitosa簇状形态的稀有性和成体移植对原生草场的潜在威胁，种子恢复成为该物种保育的一种极具前景且破坏性更小的替代方案。未来的研究需要进一步阐明影响幼苗存活的关键环境或生物因素，以突破幼苗建立的瓶颈，最终提升种子恢复的成效。这项工作为保护和恢复这种濒危的海洋生态系统工程师物种迈出了坚实的一步。