揭示人类活动与表型可塑性驱动菊科入侵植物四棱菊(Galinsoga quadriradiata)的海拔扩张模式

本研究针对外来植物四棱菊(Galinsoga quadriradiata)在山区入侵机制不清的问题，通过全球尺度的人类活动影响分析和中国区域的表型-遗传变异研究，发现道路密度(HII)显著促进其扩张，高海拔种群通过降低繁殖分配(LMR升高，RMR降低)实现适应性表型可塑性，且低遗传多样性(He =0.077)未限制其入侵。为山地生态系统入侵防控提供了多尺度理论依据。

　　

随着全球气候变化和人类活动加剧，山地生态系统正面临日益严重的外来物种入侵威胁。传统观点认为高海拔地区的低温、强辐射等恶劣环境会形成天然屏障，但近年研究发现，旅游开发、道路建设等人类干扰正在打破这种屏障。菊科恶性杂草四棱菊(Galinsoga quadriradiata)原产中南美洲，却在中国从海拔42米到3443米的广阔范围内成功定殖，其背后的驱动机制亟待解析。

中国科学院昆明植物研究所的研究团队在《Plant Diversity》发表的研究，创新性地采用全球-区域双尺度研究策略。通过整合GBIF数据库的全球分布数据、GRIP道路密度数据集和野外调查，结合ISSR分子标记和温室控制实验，首次系统揭示了人类活动与表型可塑性协同驱动四棱菊海拔扩张的生态机制。

关键技术方法包括：(1)基于WorldClim和GLOBIO数据库的全球尺度环境因子分析；(2)中国77个海拔梯度种群(42-3443m)的种子性状(如质量-面积比MAR)和扩散能力测定；(3)53个种群的ISSR分子标记遗传多样性分析(PPL
、H_e

)；(4)27个海拔种群在统一环境下的表型可塑性实验。

研究结果部分：

3.1 人类活动影响
全球分析显示四棱菊出现频次与道路密度(β
=0.11)和人类活动指数(HII,β
=0.08)显著正相关。在阿尔卑斯山和中国，其分布集中于低海拔人类活动区；而落基山脉和安第斯山脉的中海拔人类活动热点区同样出现分布高峰，证实人类干扰可突破海拔限制。

3.2 种子扩散相关性状
中国种群研究表明，随着海拔升高，种子总长度(TL)从3.2mm降至2.1mm，冠毛长度(PL)从1.8mm缩短至1.1mm，导致质量-面积比(MAR)增加35%。风洞实验证实高海拔种子沉降速度增加15%，水平扩散距离减少40%，扩散能力显著减弱。

3.3 遗传变异
ISSR分析揭示种群间遗传变异占60.88%。遗传多样性(H_e

)与海拔呈非线性关系：1500米以下随海拔升高而降低，但在青藏高原等人为干扰强烈的高海拔区(>2000m)反而回升，暗示人类活动介导的多次引入可提升遗传多样性。

3.4 温室实验
统一环境下，高海拔种群的繁殖分配策略发生显著转变：叶片质量比(LMR)增加22%，而根质量比(RMR)和花序质量比(IMR)分别降低18%和25%，表明其通过资源重分配适应高海拔环境。

讨论部分指出，该研究颠覆了传统认知：尽管高海拔环境通过降低种子扩散能力和遗传多样性(PPL
平均仅22.69%)形成扩散屏障，但四棱菊通过"人类活动搭桥"和表型可塑性实现了突破。特别值得注意的是，在道路密集的青藏高原区域，即使遗传多样性较低(H_e

<0.1)的种群仍能成功定殖，这为理解"基因瓶颈不影响入侵成功"的生态悖论提供了典型案例。

研究建议加强对旅游线路、交通枢纽等高海拔人类活动区的入侵监测，同时指出气候变化背景下，植物通过快速表型调整(如增加LMR)应对环境胁迫的能力可能被低估。该成果不仅为山地生物入侵预警提供了理论框架，也为理解物种快速适应异质环境的进化机制开辟了新视角。