地热植物耐热性增强的代价：低温环境下性能下降的进化权衡

本研究聚焦冰岛地热区与非地热区的匍匐剪股颖（Agrostis stolonifera）谱系，通过对比实验揭示地热谱系在高温（49°C）下的生存优势（存活率100% vs. 非地热谱系0%）与低温（-4°C）和中温（21°C）环境下的生长劣势（活力指数显著降低）。研究首次证实植物热冷权衡（hot-cold trade-off）的存在，为理解极端温度适应机制及气候变化下的生态位分化提供新证据。论文发表于《BMC Ecology and Evolution》。

　　

在冰岛这片冰雪与火山共舞的土地上，地热区土壤温度可达70°C，而周边区域冬季却会降至-12°C。这种极端的温度梯度为研究生物适应极端环境的代价提供了天然实验室。植物如何在高温与低温之间权衡？适应地热环境是否会削弱其在常规温度下的竞争力？这些问题对理解气候变化下的物种分布格局至关重要。

Stockholm University的研究团队选择冰岛特有的两种匍匐剪股颖（Agrostis stolonifera）谱系——专生于>50°C地热土壤的"地热谱系"和仅分布于常温区的"非地热谱系"，通过控制实验系统比较了它们对41-56°C高温、-4°C低温及21°C中温的响应。研究采用克隆繁殖技术获得遗传背景一致的实验材料，通过24小时梯度温度暴露（逐步升温模拟自然波动）和30天恢复期观测，定量分析存活率、地上生物量及叶片活力指数（1-7级评分）。

热应激响应

在49°C处理中，地热谱系存活率达100%，而非地热谱系全部死亡（P<0.001）。46°C处理下，地热谱系活力指数保持稳定（与21°C无差异），而非地热谱系显著下降（P<0.001）。这表明地热谱系已进化出独特的耐热机制，其短期热极限（49-56°C）与非地热谱系（46-49°C）存在3°C差异。

冷应激响应

虽然所有植株在-4°C处理中存活，但地热谱系的活力指数显著低于非地热谱系（P<0.001），显示其低温适应能力减弱。

中温环境表现

在21°C最佳生长温度下，地热谱系的活力指数呈现下降趋势（P=0.059），暗示维持耐热性可能消耗了常规温度下的生长资源。

这项研究首次在植物中证实了"热冷权衡"假说（hot-cold trade-off hypothesis），即对地热高温的适应会降低在低温及最佳温度下的表现。地热谱系可能通过改变生活史策略（如克隆繁殖增强、开花减少）和微生物共生（如耐热真菌/病毒）等机制实现热适应，但这些适应特征在非地热环境中反而成为负担。该发现为预测气候变化下物种分布边界变化提供了新视角——当物种通过进化适应极端高温时，可能同时削弱其在常规气候区的竞争力，这种权衡效应将深刻影响未来生态系统的组成格局。