地中海悬崖石竹Dianthus rupicola片段化种群中早期植物性能的种内与种间变异揭示其对新型土壤环境的持久潜力

本研究通过温室互移植实验，解析了地中海悬崖石竹5个种群对原生与异源土壤环境的适应性差异，发现4个种群在萌发和幼苗存活阶段存在显著局部适应（Local adaptation），但光合效率（Fv/Fm）无差异；种群内母系家族（maternal families）的G×E互作为物种应对气候变化下的土壤异质性提供了进化潜力。成果发表于《Plant and Soil》，为片段化生境物种保护提供理论依据。

　　

论文解读

在地中海沿岸的悬崖峭壁上，一种名为Dianthus rupicola的珍稀石竹正面临生存挑战。这种植物分布零散，不同种群生长在火山岩与石灰岩等截然不同的土壤环境中。随着气候变化加剧，土壤侵蚀、养分流失等问题日益严重，这些“土壤特化者”能否适应未来环境成为生态学家关注的焦点。更棘手的是，片段化栖息地导致的基因流受限可能进一步削弱种群的进化潜力。那么，这些植物是会被环境淘汰，还是隐藏着不为人知的适应能力？

意大利那不勒斯费德里科二世大学（University Federico II of Naples）的Lucrezia Laccetti团队为此展开研究。他们选取5个代表两种生态型（subsp. rupicola和subsp. aeolicus）的种群，通过互移植实验结合基因组分析，揭示了土壤环境如何塑造植物适应性，以及种群应对新型环境的“隐藏武器”。论文发表在《Plant and Soil》，为理解片段化种群进化潜力提供了新视角。

关键技术方法

研究采用温室互移植实验设计，采集5个种群的原生土壤及12个母系家族种子，量化萌发率、30天幼苗存活率和60天光合效率（F_v/F_m）；通过土壤理化性质PCA分析构建生态距离矩阵；利用ddRAD测序（21,935个SNP）计算种群近交系数（F_IS）；采用贝叶斯模型（MCMCglmm）分析基因型-环境互作（G×E）。

研究结果

1. 土壤异质性驱动局部适应
PCA显示火山土壤（如Stromboli）与石灰岩土壤在pH、Mn、Ni等元素上差异显著（贡献率78.55%）。4个种群在原生土壤中萌发率和幼苗存活率显著高于异源土壤（P<0.001），符合“本地vs外来”和“家vs异地”双标准，但光合效率无差异（F_v/F_m≈0.8），表明适应压力集中于早期生活史阶段。

2. 高近交下的生存悖论
基因组分析显示所有种群近交系数（F_IS）高达0.36-0.52，但未影响局部适应能力，暗示祖先遗传多样性足以支撑适应性进化。

3. 母系家族的“隐形装甲”
贝叶斯模型揭示4个种群存在显著G×E互作：原生土壤中母系家族表现均一（方差0-2.45），而在异源土壤中方差激增30倍。例如Stromboli种群部分家族在异源土壤中完全无法萌发，而其他种群（如Lipari）则存在“多面手”家族，能同时在多种土壤中存活。

结论与意义

研究发现土壤异质性通过强选择压力塑造了D. rupicola的局部适应，但并未耗尽种群的进化潜力。尽管高近交可能增加灭绝风险，但种群内母系家族的分化表现（G×E）为应对新型环境提供了“进化保险”。尤其值得注意的是，能跨环境存活的“多面手”家族可能成为气候变局中的关键幸存者。这项研究不仅为地中海片段化生境保护提供新思路，也为理解土壤-植物协同进化机制建立了范例。