地下储藏器官大小与埋藏深度的跨物种关联：以Ledebouriinae植物为例揭示深层芽定位的能量成本

本研究针对地下芽定位深度与储藏器官大小的关系这一生态学问题，以Ledebouriinae(Scilloideae, Asparagaceae)44个物种为对象，首次证实了跨物种水平上鳞茎直径与土壤埋深呈显著正相关(r2=0.553)，揭示深层芽定位需要更大USO(地下储藏器官)提供能量支持，为理解植物适应地上干扰的进化策略提供新见解。

　　

在季节性明显的生态系统中，植物面临着霜冻、野火、放牧等多重地上干扰的生存挑战。为应对这些压力，许多植物进化出将更新芽(renewal buds)埋藏于地下的生存策略。然而，这种保护机制存在显著的能量权衡——更深的芽定位虽能提供更好保护，却需要更多储存资源支持芽体萌发。尽管前人研究发现大多数地下芽集中在土壤5 cm以内，但关于地下储藏器官(Underground Storage Organ, USO)大小与埋深关系的系统性研究仍属空白，特别是对以鳞茎(bulb)为USO的植物类群。

研究人员选择Ledebouriinae(风信子科Asparagaceae)作为研究对象，这类植物具有典型的鳞茎结构且广泛分布于非洲南部的季节性生境。通过测量赞比亚和南非44个物种271个个体的鳞茎直径和土壤埋深，发现跨物种层面存在显著正相关关系(slope=0.95, P=2.22E-10)。在系统发育校正分析(PGLS)中，这一模式依然稳健(平均slope=0.955)。在20个采样充分的物种中，17个物种呈现个体水平的正相关趋势，其中7个达到统计显著性。值得注意的是，三个岩生特化种(如Ledebouria noritica)出现大鳞茎浅埋的反常现象，可能与特殊生境的土壤限制有关。

研究采用双阶段野外采样法：在赞比亚用标尺测量，南非改用数显卡尺，通过27个样本的交叉验证证实两种方法高度一致(R²>0.998)。对35个含≥3个样本的物种进行系统发育广义最小二乘法(PGLS)分析，采用半随机化程序进行1000次迭代以解决部分类群系统位置未知的问题。

主要结果包括：1）跨物种分析显示鳞茎直径与埋深呈显著正相关，三个不同样本量标准的数据集(全部物种/n≥3/n≥5)均支持该结论；2）系统发育分析表明该关系不受谱系影响；3）种内分析揭示多数物种存在"年龄-大小-深度"关联，即 older个体往往具有 larger且 deeper的鳞茎；4）岩栖物种出现生态特化的负相关模式。

讨论部分指出，深层芽定位需要更大USO提供萌发能量，这与鳞茎植物的"坐等策略"(sit-and-stay)适应机制相符。年龄-大小-深度的正反馈循环可能是重要驱动因素：随着个体年龄增长，鳞茎通过收缩根(contractile roots)逐渐下移，同时积累更多资源形成更大USO。研究首次量化了鳞茎植物芽定位的能量成本，为理解不同USO类型(鳞茎vs根状茎)的生态权衡提供新视角。特别值得注意的是，该发现与O'Rourke(2014)对南非球根植物的研究形成方法学互补，共同揭示了地下器官生物量分配的深层规律。论文发表在《International Journal of Plant Sciences》，为植物生态形态学领域增添了重要实证依据。