美国三种水盾草(Hydrilla verticillata)生物型的生长模式比较及其入侵管理启示

本研究针对新发现的"分支C"水盾草(H. verticillata clade C)入侵美国康涅狄格河流域的生态威胁，通过对比实验揭示了该生物型与单性(monoecious)和雌雄异株(dioecious)生物型在生物量积累、腋生/地下块茎(turion)产生等表型特征的差异，发现其腋生块茎产量高达雌雄异株型的61.5倍，为制定针对性防控策略提供了关键表型数据。

　　

在美国的水生生态系统中，一种名为水盾草(Hydrilla verticillata)的沉水植物正悄然上演着"三国演义"。自1950年代首次发现以来，这种原产亚洲的入侵植物已分化出两个主要生物型：雌雄异株(dioecious)型和单性(monoecious)型，分别占据美国南部和北部水域。然而2016年，康涅狄格河突然出现了第三种"不速之客"——基因检测显示其属于独特的"分支C"(clade C)，与中俄边境阿穆尔河流域的种群基因型完全匹配。这种新生物型会否带来更严峻的入侵威胁？其生长特性与现有生物型有何异同？这些问题直接关系到美国水生生态系统的保护策略。

为解答这些疑问，美国陆军工程兵团环境研发中心水生植物控制研究项目组联合多所机构，在南北卡罗来纳州设立对比试验点，首次系统比较了三种水盾草生物型的生长规律。研究成果发表在《Aquatic Botany》上，揭示了分支C水盾草令人警惕的繁殖特性：虽然其生物量积累与现有生物型相当，但单个植株可产生74个腋生块茎(axillary turion)，是单性型的2.3倍，更达到雌雄异株型的61.5倍！这些拇指大小的休眠体如同"水下地雷"，成为其快速扩张的秘密武器。

研究人员采用了两地对比的户外中宇宙(mesocosm)实验设计，主要技术方法包括：1)在模拟东北部气候的Laurel Springs和典型南部气候的Raleigh同步开展为期180天的生长监测；2)量化地上/地下生物量、相对生长速率(RGR)等参数；3)系统记录不同生物型块茎产生的时空动态；4)使用Julian day(儒略日)系统标准化物候观测数据。

【环境数据】显示试验点气温梯度有效模拟了地理差异，但未能完全复现康涅狄格河流域的实际温度条件，这为后续研究留下了改进空间。

【讨论】部分指出三个关键发现：首先，分支C水盾草表现出独特的繁殖策略权衡——虽然地下块茎(subterranean turion)产量仅为单性型的1/4.7，但其惊人的腋生块茎产量可能通过水体扩散形成"游击式"分布模式。其次，物候同步性分析显示三种生物型在7-10月均出现生物量高峰，但分支C在生长后期(儒略日304)仍保持1.8倍于单性型的地上生物量，显示更强越冬潜力。最后，基因流风险评估证实分支C与现有生物型存在杂交可能，71%的人工杂交组合可产生可育种子，这为入侵进化提供了新途径。

这项研究的意义不仅在于首次揭示了分支C水盾草的表型特征，更预警了其特殊的入侵机制——依赖腋生块茎的"数量取胜"策略可能使传统除草剂管理失效，因其休眠体可逃避药剂接触。作者建议将防控窗口期提前至块茎形成前，并加强康涅狄格河流域的基因监测，防止杂交产生"超级入侵种"。该研究为理解水生入侵植物的快速进化提供了鲜活案例，也为全球气候变化下的生物入侵管理提供了范式参考。