中国入侵与本土狐尾藻(Myriophyllum)物种水下光质选择差异：蓝光促进入侵种生长而红光利于本土种

针对水下光质(R:B)对入侵与本土水生植物生长影响的机制差异问题，研究人员通过控制实验探究了不同红蓝光比例(1:8至8:1)对狐尾藻属物种形态、光合及化学计量特征的影响。发现入侵种M. aquaticum在蓝光下具有更高生物量积累和光合色素合成，而本土种M. spicatum在红光下表现出更优的磷利用效率。该研究为富营养化湖泊生态修复的物种选择提供了理论依据。

　　

论文解读

研究背景

在富营养化湖泊生态修复中，沉水植物扮演着关键角色，它们通过抑制沉积物再悬浮、吸收营养物质来净化水体。然而，随着水体透明度下降，沉水植物面临的光竞争日益加剧。光不仅是植物光合作用的能量来源，其质量（即不同波长光的组成比例）更深刻影响着植物的形态建成和生理代谢。尤其在富营养化水体中，浮游植物和溶解有机物会选择性吸收短波长的蓝光，导致水下红蓝光比例(R:B)显著升高。这种光环境变化如何影响入侵与本土沉水植物的竞争关系，成为生态修复中亟待解决的科学问题。

研究设计与方法

湖北理工学院资源枯竭城市转型发展研究中心的研究团队以中国长江中下游广泛分布的入侵种M. aquaticum和本土种M. spicatum为研究对象，在温室中设置了白光和5种红蓝光比例(1:8,1:4,1:1,4:1,8:1)的LED光源处理，通过60天的控制实验，系统监测了两种植物的形态指标（株高、叶片数、生物量等）、光合参数（Fv/Fm、叶绿素含量）和化学计量特征（总氮TN、总磷TP、总有机碳TOC）。采用结构方程模型(SEM)解析了光质影响植物生长的路径差异。

主要研究结果

3.1 形态特征

• 株高动态：M. aquaticum在蓝光主导(1:8)下后期株高达97 cm，显著高于红光组；而M. spicatum在红光(1:1)下株高可达181.75 cm，是蓝光组的1.83倍。
• 生物量分配：蓝光使M. aquaticum生物量提升至75.27 g（R:B=1:8），但抑制根系生长（根长仅10.83 cm）；红光则促进M. spicatum地下生物量积累，根冠比在8:1时达最大值0.10。

3.2 光合特性

• 色素合成：M. aquaticum在蓝光下叶绿素a(Chl a)含量较红光组高94%，类胡萝卜素(Car)高67%；M. spicatum则相反，红光组Chl a含量显著提升。
• 光能转化效率：所有处理下Fv/Fm均<0.8，表明实验光质对两种植物均构成轻度胁迫。

3.3 化学计量特征

• 元素利用：红光显著提升M. spicatum的TP含量（9.79 g/kg）和碳氮比(C:N)，而M. aquaticum在蓝光下氮利用效率更高，N:P显示两种植物均受氮限制（N:P<14）。

3.4 影响机制
SEM分析揭示：蓝光通过直接促进形态建成（路径系数5.8）驱动M. aquaticum生长；而红光通过提升M. spicatum的TP和TOC含量间接影响其生长，但光合参数的中介效应不显著。

研究意义

该研究首次从光质适应策略角度揭示了狐尾藻属入侵种与本土种的生态位分化机制：入侵种M. aquaticum通过高效利用蓝光实现快速拓殖，而本土种M. spicatum则进化出适应高R:B环境的红光捕获系统。这一发现为富营养化湖泊修复提供了精准的物种选择依据——在蓝光衰减严重的水域优先引入M. spicatum，而在透明度改善后可搭配种植M. aquaticum以增强净化效果。研究同时警示，入侵植物对异质光环境的强适应性可能是其成功扩张的重要驱动力，未来需加强水下光质监测以防控生物入侵。

（注：所有数据与结论均源自原文，专业术语如Fv/Fm指光系统Ⅱ最大光化学效率，TN/TP为总氮/总磷，SEM即结构方程模型）