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为探究春季霜冻 timing 和 severity 对草本植物生物量分配的影响，新疆大学研究人员以苜蓿（Medicago sativa）和黑麦草（Lolium spp.）为对象开展模拟实验。发现苜蓿对高强度、早期霜冻更敏感，黑麦草则呈相反趋势，为新疆草地生态系统服务提供数据支撑。
在气候变化背景下，极端天气事件频发对陆地生态系统的影响日益凸显。春季霜冻作为一种典型的低温灾害，常伴随气温回升后突然降温，导致提前返青的植物遭受冷胁迫，进而影响其生长策略与资源分配。然而，目前学界对不同草本植物在春季霜冻的不同强度（如降温幅度）和发生时间（如早霜与晚霜）下如何调整生物量分配，以及种间差异的机制尚缺乏深入了解。特别是在干旱半干旱区的草地生态系统中，植物对低温胁迫的响应直接关系到群落结构稳定性和碳氮循环过程，因此开展相关研究具有重要的科学意义与实践价值。
为填补这一研究空白，新疆大学（College of Ecology and Environment, Xinjiang University）的研究团队以天山北坡常见的两种优质牧草 —— 苜蓿（Medicago sativa，被誉为 “牧草之王”）和黑麦草（Lolium spp.）为研究对象，开展了模拟春季霜冻实验。该研究旨在分析不同霜冻强度（5℃、10℃）和发生时间（早期：间苗后立即处理；晚期：间苗后第 17 天处理）对两种植物生物量分配的影响，并探讨种间响应差异的生态机制。研究成果发表在《Journal of Plant Ecology》，为理解干旱区草本植物对极端气候的适应策略提供了新视角。
研究人员主要采用以下关键技术方法：首先，基于天山北坡 6 个气象站 41 年（1980-2020 年）的观测数据，确定春季霜冻的特征参数（如发生时间集中在 4 月中下旬，常见降温幅度 6℃，持续 3 天）；其次，通过人工气候箱模拟不同强度和时间的低温胁迫，设置对照组（23±2℃）和处理组（5℃、10℃，持续 3 天），并在两个关键物候期（早期和晚期）施加低温；最后，测定植株根、茎、叶的生物量，计算根重比、茎重比、叶重比和根冠比（root-to-shoot ratio），通过单因素方差分析（One-Way ANOVA）比较组间差异。
3.1 霜冻强度对生物量分配的影响
通过不同低温处理发现，苜蓿对高强度霜冻（5℃）更为敏感：与对照组相比，其根重比显著下降 13.6%，而茎重比和叶重比分别增加 8.65% 和 4.96%，表现出优先分配资源至地上部分以维持光合能力的策略。黑麦草则呈现相反趋势，低强度霜冻（10℃）下根重比和根冠比上升，茎、叶重比下降，暗示其通过增强地下生物量提高抗逆性，但差异未达显著水平。
3.2 霜冻发生时间的影响
早期霜冻（间苗后立即处理）对苜蓿影响显著，根重比下降 11.28%，叶重比增加 7.51%，可能与幼苗期对低温的高敏感性及光合器官优先发育有关。晚期霜冻（间苗后 17 天）对黑麦草影响更明显，根重比增加 4.13%，茎重比下降 4.18%，表明其在生长中后期更倾向于将资源分配至根系以应对逆境。
3.3 种间响应差异
苜蓿与黑麦草的生物量分配策略与其生态适应机制密切相关。苜蓿在霜冻胁迫下表现出 “地上优先” 模式，可能与其根系对低温敏感、需通过扩大叶面积维持碳同化有关；而黑麦草通过增加根系生物量提升水分和养分吸收能力，结合其体内抗冻蛋白（如 C-repeat 结合转录因子）的表达，展现出更强的低温耐受性。这种差异符合最优分配理论（optimal partitioning theory），即植物根据环境胁迫调整资源分配以最大化生存概率。
研究结论表明，春季霜冻的强度和发生时间对苜蓿和黑麦草的生物量分配具有显著种间差异：苜蓿对高强度、早期霜冻响应敏感，倾向于增加地上生物量；黑麦草则在低强度、晚期霜冻下增强地下生物量分配，且整体响应更为稳定。这种差异源于两者不同的抗逆策略 —— 苜蓿依赖地上部分快速再生，而黑麦草通过根系发育和生理适应（如抗冻蛋白合成）抵御低温。
该研究的科学意义在于：①揭示了干旱区典型牧草对春季霜冻的适应机制，为预测气候变化下草地群落结构演变提供了理论依据；②证实了种间差异在生态系统功能维持中的重要性，对优化牧草种植结构、提升草地生态系统服务（如碳固存、畜牧业生产）具有实践指导意义；③补充了春季霜冻对草本植物影响的研究空白，特别是结合长期气象数据的模拟实验，增强了结论的野外适用性。未来研究可进一步结合转录组学和代谢组学技术，深入解析抗冻相关基因（如 C-repeat binding factor）和代谢通路（如脯氨酸、果糖合成）的调控机制，为培育耐寒牧草品种提供分子靶点。
