近日，福建台湾海峡海洋生态系统国家野外科学观测研究站（台海站）、厦门大学环境与生态学院、滨海湿地教育部重点实验室滨海湿地群落生态学团队研究发现，入侵植物互花米草多个功能性状的异速生长关系在其入侵地和原产地间保持稳定，且区域间异速生长关系的纬度变异格局相似，表明稳定的异速生长关系及其预适应模式可能促进外来植物在新环境中的入侵。然而，驱动异速生长关系地理变异的环境因子在入侵地和原产地间存在差异，说明外来植物在入侵过程中其异速生长关系可能会发生局域适应。该研究成果以“Stable allometry between invasive and native populations of a global invasive plant revealed by allometric relationships comparison among multiple traits”为题发表于Biological Invasions。
研究背景
植物的异速生长关系（Allometric relationships）描述了植物不同器官或功能性状间的相对生长规律，可反映植物的形态发育轨迹和资源分配策略。入侵植物常因天敌释放或资源水平的变化而调整自身的资源分配策略，演化出更具竞争力的性状，但是，其性状变异是遵循稳定的异速生长轨迹（即仅由个体大小差异驱动），还是由异速生长关系的变异所导致，目前仍存在争议（图1a，b）。此外，在入侵地的扩散过程中，入侵植物可能经历不同于原产地的环境选择压力，导致其异速生长关系的地理变异格局发生变化（图1c，d）。然而，当前研究对入侵植物异速生长关系的地理变异格局及其驱动因子的区域间差异仍缺乏认知。因此，本研究以中国滨海湿地典型入侵植物互花米草（Spartina alterniflora）为研究对象，通过在入侵地中国和原产地美国对互花米草多个功能性状进行野外跨纬度种群调查，进一步对比分析入侵地和原产地之间互花米草的异速生长关系、异速生长关系纬度变异格局及其驱动因子的差异。
图1 异速生长关系响应环境变化的变异或稳定性，及其在不同地区的地理变异格局。异速生长关系的基础表达式为y = αxβ，其中β（异速生长斜率）是普遍研究关注的核心参数，可通过对数转换后线性拟合的斜率表示，x和y代表植物的两个性状。（a）植物在不同环境中保持稳定的异速生长斜率；（b）斜率发生改变；（c）[t1-t2]（性状1与性状2）的异速生长斜率在不同地区保持稳定的地理变异模式；（d）异速生长斜率在不同地区对环境梯度的响应不一致
研究方法
本研究通过在入侵地（中国，20–41° N，图2a）和原产地（北美，27–43° N，图2b）跨纬度野外调查及采样，测定了互花米草的营养（株高、单株生物量）、繁殖（花序长、结实率）和叶片（叶面积、比叶面积）性状数据，结合气候和土壤关键环境因子数据，探究入侵过程中互花米草异速生长关系的地理变异及驱动因子的区域间差异。首先，采用标准主轴回归（SMA）分析多性状间的异速生长关系，进一步比较斜率揭示入侵地和原产地总体种群的异速生长差异；其次，提取入侵地和原产地每个纬度种群的异速生长斜率，并对比两个地区互花米草种群异速生长关系纬度变异格局的差异；最后，构建异速生长斜率与环境因子的皮尔逊相关性矩阵，揭示入侵地和原产地互花米草种群异速生长关系地理变异的主要驱动因子。
图2 入侵地（a, 红点）和原产地（b, 蓝点）野外跨纬度调查样地
研究结果
互花米草种群多个功能性状在入侵地和原产地具有相似的异速生长关系（图3）。异速生长关系表现出一定的纬度波动，且在两个地区呈现相似的线性纬度变异模式。然而，异速生长关系的地理变异在两个地区受不同环境因子驱动：叶片的异速发育在入侵地受潮差和盐度共同影响，较大潮差和盐度会增加叶面积的相对生长速率，但在原产地无此效应。
图3 入侵地与原产地种群多性状间的异速生长关系。所有拟合线均采用标准主轴回归（SMA）分析：株高与（a）叶面积、（b）比叶面积（SLA）、（c）花序长度、（d）结实率之间的异速生长关系。实线表示显著相关性（p < 0.05），若斜率比较检验p < 0.05则表明该子图中两条拟合线的斜率存在显著差异
研究意义与前景
本研究基于入侵地和原产地互花米草种群的跨纬度野外调查及多性状异速生长关系分析，发现互花米草在入侵过程中维持了稳定的异速生长关系，且异速生长关系的纬度变异格局在两个地区相似。这一发现强调了在研究入侵植物的性状变异和快速进化之前，优先解析其异速生长关系的重要性；同时表明，异速生长关系的地理预适应模式可能促进了外来植物在新地区的入侵和扩散。此外，在入侵过程中，互花米草的异速生长关系适应了入侵地的环境条件，导致异速生长关系的地理变异在入侵地和原产地受到不同环境因子的驱动，可能反映了异速生长关系的可进化性与局域适应潜力。未来研究建议结合同质园实验和遗传学手段，进一步研究异速生长关系对植物入侵适应的贡献机制及其局域适应过程。
研究团队及资助
该论文第一作者为厦门大学环境与生态学院2023级硕士生姜仁平，通讯作者为厦门大学环境与生态学院刘文文教授和张宜辉教授。共同作者包括：厦门大学环境与生态学院吴浩副教授、2023级博士生何平；北京大学城市与环境学院2023级硕士生成竞扬（环境与生态学院2023届本科毕业生）。该研究获得国家自然科学基金项目（32222054，32025026）资助。
论文来源及链接
Renping Jiang, Ping He, Jingyang Cheng, Hao Wu, Wenwen Liu*, Yihui Zhang*. 2025. Stable allometry between invasive and native populations of a global invasive plant revealed by allometric relationships comparison among multiple traits. Biological Invasions 27, 176.
https://doi.org/10.1007/s10530-025-03634-0
图、文|姜仁平
编辑|刘文文
排版|李灿如
审核|朱旭东
