种子寿命是高山植物应对气候变化的生存关键——来自意大利北亚平宁山脉24种植物21年种群动态的证据

《Alpine Botany》：Alpine plants with short-lived seeds have declined over the past two decades

本研究针对高山植物如何响应气候变化这一关键问题，通过分析24种高山和亚高山植物21年种群动态与种子寿命(p50)的关系，发现种群减少的物种种子寿命显著短于稳定或增加的物种。这一结果首次揭示了种子寿命作为再生性状对高山植物种群动态的重要影响，为预测气候变化下高山生态系统变化提供了新视角。

　　

在全球变暖的背景下，高山生态系统正经历着前所未有的变化。作为气候变化的敏感指示器，高山植物的命运牵动着生态学家的心。然而，一个令人困惑的现象是：面对同样的气候变暖，有些植物种类蓬勃生长，有些却悄然消失。这背后的驱动力是什么？传统研究多关注植物的营养性状，如株高、叶面积等，但再生性状特别是种子特性在气候变化中的作用却被长期忽视。

在意大利北亚平宁山脉的群山之巅，一项持续21年的科学观测正在揭开这个谜题。来自帕维亚大学、帕尔马大学等研究机构的研究团队发现，种子的寿命可能是决定高山植物命运的关键因素。这项发表在《Alpine Botany》的研究首次证实，种子寿命较短的高山植物更易在气候变暖中衰退。

研究人员采用加速老化实验测定种子寿命，同时在GLORIA（全球高山环境观测研究计划）网络框架下监测植物种群动态。他们选取了24种高山和亚高山植物，通过标准化实验测定种子在45°C、60%相对湿度条件下的半衰期（p₅₀），即种子活力下降至50%所需的时间。种群动态则通过Cliff‘Delta’指数量化，该指数综合反映了物种在21年间的多度和频率变化。

种子寿命与种群动态的显著关联

研究发现，不同物种的种子寿命差异显著。寿命最短的是圆叶牧根草（Phyteuma orbiculare）和雪钟花（Campanula scheuchzeri），p₅₀仅为1.7天；而寿命最长的匍匐蝇子草（Dianthus deltoides subsp. deltoides）达到43.0天。更重要的是，种群减少的物种平均p₅₀为5.5天，显著短于稳定物种（15.7天）和增加物种（19.6天）。

线性模型分析显示，种子寿命（log(p₅₀)）与种群变化呈显著正相关（p=0.037）。这一结果支持了研究假设：产生短命种子的物种在气候变暖背景下更易衰退。研究还发现，同一科内的物种可能具有不同的种子寿命和种群动态，但桔梗科（Campanulaceae）的三个被测物种均表现出较低的p₅₀值和显著的种群下降趋势。

种子寿命的生态意义与保护启示

种子寿命作为功能性状，通过影响土壤种子库的持久性，在植物种群维持中发挥关键作用。长寿种子能形成持久土壤种子库，帮助植物度过高山环境的恶劣时期，为种群恢复提供保障。然而，约45.8%的研究物种属于短命种子（p₅₀≤10天），这些物种在气候变化中面临更高风险。

值得注意的是，种子寿命具有可塑性，先前研究表明在变暖干燥条件下，植物可能产生更长命的种子。但这种适应性反应能否跟上气候变化的速度仍是未知数。此外，短命种子的特性对迁地保护提出挑战，需要更频繁的重新收集来维持种质资源库的活力。

这项研究首次将种子寿命与高山植物长期种群动态直接关联，强调了在气候变化研究中关注再生性状的重要性。随着高山生态系统持续变暖，整合种子性状的功能生态学方法将提高物种脆弱性评估和保护规划的准确性。特别是对那些产生短命种子的物种，需要优先采取保护措施，因为它们可能是在快速变化环境中最易消失的群体。