食肉植物紫瓶子草（Sarracenia purpurea）对凋落物的捕获与氮吸收潜力：一项关于食性广度扩展的初步研究

本研究通过野外调查与温室实验相结合，首次系统评估了食虫植物紫瓶子草（Sarracenia purpurea）对凋落物的捕获能力及其氮吸收潜力。研究发现，尽管野外植株能捕获大量植物碎屑（占捕获生物量的42%），但短期氮同化效应不显著；通过CHN元素分析与体外消化实验进一步证实，相较于昆虫猎物，凋落物在短期内未能显著提升植株叶片氮含量。该研究为理解食肉植物的营养生态与食性广度（diet breadth）演化提供了新视角。

　　

引言：食性广度作为关键生命史性状

食性广度（diet breadth）是影响物种分布范围、进化轨迹和生态系统功能的关键生命史性状。尽管传统研究多集中于动物，食肉植物为现有理论提供了新颖的概念延伸。紫瓶子草（Sarracenia purpurea）作为北美洲常见的瓶状食虫植物，其形态特征与东南亚的凋落物食性物种猪笼草（Nepenthes ampullaria）具有显著相似性：包括较短的瓶体、开放的瓶盖（operculum）以及较低的消化酶活性。这些特征暗示其可能具备利用凋落物作为营养补充的潜力。本研究通过整合野外调查、温室实验与CHN元素分析，系统探讨了S. purpurea是否通过捕获凋落物扩展其食性广度。

材料与方法：多尺度实验设计

研究在美国凯洛格生物站的布鲁克洛奇沼泽地进行，该地区以泥炭藓群落和低矮灌木为特征。实验分为五个部分：

1. 1.
   野外凋落物质量量化：采集48个野生瓶状叶，分离植物与非植物生物量，并通过CHN燃烧法测定叶片氮含量。
2. 2.
   凋落物捕获速率纵向调查：连续12周每周收集30个瓶状叶内的捕获物，统计植物碎屑与节肢动物数量。
3. 3.
   体外氨释放实验：使用人工玻璃瓶模拟消化环境，设置对照组、昆虫组（家蝇）和植物组（混合凋落物），4周后测定氨（NH₃）浓度。
4. 4.
   野外活体氮同化实验：对48个新开瓶状叶添加相同处理，4周后测定叶片氮含量。
5. 5.
   温室控制实验：在低氮基质中培养24株S. purpurea，进行8周凋落物添加处理，评估叶片氮响应。

所有数据通过R软件进行广义线性混合模型（GLMM）分析，氮含量数据采用Beta分布建模。

结果：凋落物捕获普遍但氮收益微弱

野外调查显示，81%的瓶状叶中含有植物碎屑，平均含量为21±30 mg，占捕获总生物量的42%。纵向监测表明，夏末凋落物捕获量增加而节肢动物捕获量减少，但凋落物质量与叶片氮含量无显著相关性（p=0.394）。体外实验中，昆虫处理显著提升氨浓度（p<0.001），而植物处理与对照组无显著差异（p=0.174）。野外活体实验中，昆虫处理显著提高叶片氮含量（p=0.0127），植物处理虽呈现0.09%的增量趋势但未达显著性（p=0.0562）。温室实验中，凋落物处理未引起叶片氮含量变化（p=0.848），且温室基质氮含量显著低于沼泽土壤（p<0.001）。

讨论：生态意义与进化启示

尽管S. purpurea广泛捕获凋落物，但其短期氮同化效益远低于昆虫猎物。这一结果与N. ampullaria的凋落物专化策略形成鲜明对比，暗示形态相似性未必指向功能趋同。可能的原因包括：凋落物分解缓慢（需纤维素降解）、共生昆虫（如Metriocnemus knabi和Wyeomyia smithii）在植物碎屑环境中存活率低，或凋落物积累反而阻碍猎物捕获。开放瓶口形态可能更适于收集雨水中的氮（如NH₄⁺或NO₃^?），而非适应凋落物利用。未来研究需通过长期观测、稳定同位素（δ¹⁵N）示踪及消化微生物组分析，进一步揭示凋落物在食肉植物营养生态中的潜在作用。

结论：营养策略的重新评估

本研究首次证实S. purpurea广泛捕获凋落物，但未发现其短期氮吸收证据。结果强调需从时空尺度与多营养级互作角度重新评估食肉植物的营养策略，也为理解食性广度的进化约束提供了实证案例。