Ipomoea pes-caprae在沙滩和珊瑚岛上的生理与生态适应差异

海番藤在珊瑚土壤（CS）和沙质土壤（SS）中表现出不同的生理生态适应策略。CS条件下，其叶水含量和δ13C显著低于SS，通过提高水分利用效率和积累渗透调节物质（如可溶性糖）应对干旱和盐碱胁迫；而SS条件下，植物通过更强的抗氧化系统（SOD活性高）、光合色素（叶绿素含量高）和营养吸收（C、N含量高）实现快速生长。研究表明，海番藤在CS中采用“节水耐旱”策略，在SS中则依赖“高效生长”策略，揭示了其在不同生境下的适应性机制。

　　
本研究聚焦于海岸带植物海藤（*Ipomoea pes-caprae*）在珊瑚岛与大陆沙滩两种不同生境下的生理生态适应性差异，旨在为热带珊瑚岛礁生态修复提供科学依据。研究通过对比海南西沙群岛珊瑚土壤与广东惠州双月湾沙滩土壤中海藤种群的关键生理和生态指标，揭示了其在干旱、高盐及养分贫瘠环境下的适应机制。

### 一、研究背景与意义
随着全球气候变化加剧，热带珊瑚岛礁面临干旱、高温、高盐等多重胁迫。植被覆盖度低导致土壤侵蚀和养分流失，威胁生态系统稳定性。已有研究表明，耐旱先锋植物可促进植被恢复（Huang et al., 2021, 2024）。然而，海藤在不同海岸生境下的适应性差异尚未明确，这直接影响其作为生态修复物种的选择。本研究通过对比珊瑚土壤（CS）与沙滩土壤（SS）中海藤的生理特征，解析其适应机制，为制定精准的植被恢复策略提供理论支撑。

### 二、研究方法与样本特征
实验选取海南西沙群岛珊瑚土壤（CS）和广东惠州双月湾沙滩土壤（SS）中的海藤种群进行对比分析。2023年10月，在两个生境中各设置5个1m2样方，避开人类干扰区域，采集健康植株叶片进行混合采样。土壤样本同步采集，测定pH、有机质、氮磷钾含量及电导率等指标（表1）。实验采用多维度检测技术：元素分析仪（C、N、P）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，Ca、K）评估养分代谢；超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽（GSH）和丙二醛（MDA）检测氧化应激水平；阿农氏法测定叶绿素与类胡萝卜素含量；溶解性糖类和淀粉含量分析渗透调节能力。

### 三、核心发现解析
#### （一）水分代谢与碳固定效率差异
珊瑚土壤中的海藤叶片含水量显著低于沙滩（76.22% vs 80.85%），δ13C值也降低1.64%，表明其通过气孔调控减少水分流失，并优化CO2固定效率。这种"低投入高产出"策略使珊瑚生境下的海藤在干旱胁迫中更具优势，而沙滩海藤依赖较高水分保持维持光合活性。

#### （二）养分利用策略分化
珊瑚土壤海藤表现出典型的"氮保策略"：叶片氮含量（15.21 g/kg）和氮磷比（5.76）均显著低于沙滩样本（20.88 g/kg，12.43），通过减少氮代谢消耗降低环境压力。而沙滩海藤则采用"磷高效策略"：叶片磷含量达2.66 g/kg，是珊瑚生境的1.58倍，配合更高的碳氮比（25.09 vs 19.77），显示更强的磷吸收能力。

#### （三）抗氧化系统的环境响应
珊瑚生境海藤的MDA含量（26.94 μmol/g）是沙滩样本的1.45倍，表明其遭受更强氧化损伤。但抗氧化酶活性呈现分化：珊瑚样本SOD（90.03 U/g）和GSH（0.37 μg/mL）均低于沙滩，却通过非酶抗氧化系统（如渗透调节物质积累）维持细胞稳定性。这种"酶抑制+物质储备"的双重机制，使其在持续干旱胁迫下仍能维持基本代谢。

#### （四）光合系统的适应性调整
叶绿素总量（CS：0.74 mg/g vs SS：0.67 mg/g）和类胡萝卜素比例（CS：72.70 vs SS：95.68）的差异显示，珊瑚生境下海藤通过降低叶绿素含量（尤其b型）来减少光损伤风险，而沙滩样本则保持较高光合色素水平。这种"低光合高储存"模式使珊瑚海藤在高温强光下仍能维持基本生长，而沙滩样本更依赖快速光合积累促进扩展。

#### （五）渗透调节物质的积累特征
珊瑚土壤海藤的NSC（非结构碳水化合物）含量显著高于沙滩样本（CS：6.25 g/kg vs SS：4.12 g/kg），其 soluble sugar（可溶性糖）含量达5.80 g/kg，较沙滩样本提高35%。这种"糖储备"策略不仅能增强渗透调节能力，还可为种子传播提供能量储备，印证了其在干旱环境中作为先锋物种的竞争优势。

### 四、生态适应机制总结
1. **珊瑚生境适应**：采用"节水优先"策略，通过气孔关闭减少蒸腾（leaf water content降低4.5%），配合δ13C值降低（反映气孔导度调节）实现高效水分利用。同时，通过高磷积累（+28.5%）和糖类储备（+35%）构建抗逆屏障。
2. **沙滩生境适应**：依赖"养分高效"策略，磷含量提升57.4%以突破土壤限制，配合更强的抗氧化系统（SOD活性高94.9%）维持代谢平衡。光合系统保持较高活性（叶绿素总量仅降低6.2%），体现快速生长特征。

### 五、生态修复应用启示
1. **珊瑚岛礁修复**：优先选择珊瑚生境的个体，其耐旱机制（如低含水量、高糖储备）适合短期植被覆盖需求。建议搭配钙积盐植物（如秋茄树）形成互补群落。
2. **沙滩绿化优化**：筛选沙滩来源的种群，利用其强磷吸收（较珊瑚生境高87.9%）和高效抗氧化能力（SOD活性高94.9%）特性，在有机质含量较高的区域推广。
3. **功能性状筛选**：需关注叶绿素/类胡萝卜素比值（珊瑚生境1.3:1 vs 沙滩0.7:1），后者可能更适于光照较弱的海岛内部环境。

### 六、研究局限与展望
当前研究存在以下局限：1）未深入解析生理指标间的耦合机制（如MDA与SOD的协同调控）；2）缺乏遗传多样性分析，无法区分表型可塑性或基因差异；3）长期定位观测数据不足。建议后续研究结合代谢组学与转录组分析，揭示珊瑚生境下海藤特有的"低光合高储存"模式的分子调控网络。同时需开展多岛屿跨纬度比较，验证适应策略的普适性。

本研究为海岸带植被恢复提供了重要理论支撑：在珊瑚岛礁等极端生境中，海藤通过代谢重编程实现"生存优先"策略；而在较温和的沙滩环境，其表现出"生长优先"特性。这种环境特异性适应机制提示，需根据目标生境的胁迫特征（干旱/高盐 vs 养分限制）选择不同性状的种质资源，这对提升植被恢复成功率具有重要指导意义。