艾蒿属植物氮磷保守分配策略：揭示近缘种器官间营养分配的谱系保守性与生态适应性

本研究针对植物营养分配策略的谱系依赖性这一关键科学问题，以菊科最大属艾蒿属（Artemisia）为研究对象，通过采集中国81个样点的62种912株样本，首次系统揭示了近缘种间氮（N）、磷（P）在叶-茎-根器官的异速分配规律。研究发现不同亚属间存在显著差异的N:P化学计量特征，但生态系统尺度呈现保守分配模式，为理解植物适应策略的进化机制提供了新视角。

　　

在植物生态学领域，营养元素如何在不同器官间分配一直是理解植物适应策略的核心问题。尽管前人已对叶片或细根等单一器官的氮（N）、磷（P）化学计量开展大量研究，但植物作为整体功能系统，其叶、茎、根三大器官间的协同分配机制仍存在知识空白。尤其令人困惑的是：近缘物种在相似环境中是否会演化出趋同的分配策略？还是说谱系关系决定了不可逾越的分配模式？这些问题的答案，对于预测生态系统养分循环和植物适应性进化至关重要。

来自西南民族大学（Southwest Minzu University）和中国科学院的研究团队选择菊科最大属——包含350-500种的艾蒿属（Artemisia）作为研究对象。该属植物具有三大亚属（Absinthium、Dracunculus、Artemisia）的清晰谱系框架，且广泛分布于沙漠、灌丛、草原和森林等不同生态系统，是探究谱系与环境双重影响的理想模型。研究人员横跨中国东部至中部81个样点，采集62种912株开花期个体，测定其叶、茎、根的N、P浓度，结合系统发育信号分析和异速生长模型，首次系统解析了近缘种多器官营养分配的保守性与变异性。

研究采用四大关键技术方法：（1）跨生态系统梯度采样设计，覆盖4类生态系统62种艾蒿属植物；（2）标准主轴回归（SMA）量化叶-茎-根间的N、P异速分配指数（α）；（3）Blomberg K和Pagel’s λ指数评估化学计量的系统发育信号；（4）气候（MAT、MAP）与土壤（STN、STP）因子对分配策略的影响分析。

氮磷化学计量的亚属与生态系统差异

研究发现艾蒿属植物叶片的N（24.25±0.21 mg/g）、P（2.07±0.03 mg/g）浓度显著高于茎和根，支持"代谢活跃器官优先富集"假说。值得注意的是，Absinthium亚属的叶片N浓度（26.81 mg/g）比另两个亚属高10%，但P浓度更低，导致其N:P比值显著偏高。这种亚属间分化在沙漠生态系统中被进一步放大——沙漠种群叶片N浓度比森林高15%，而森林种群P浓度反超30%，暗示干旱环境驱动N富集而磷限制生态系统促进P滞留的适应策略。

器官间异速分配的策略分化

全局分析显示，叶vs茎（α_N=1.21）、叶vs根（α_N=1.24）的N分配指数均大于1，符合Brouwer假说的"基部器官优先"原则。但亚属尺度出现惊人分化：Absinthium的叶-茎α_N（0.96）和叶-根α_P（0.87）均<1，显示其独特的"向叶优先"策略；而Artemisia和Dracunculus亚属严格遵循α>1的保守模式。这种亚属特异性在P分配中更为显著，Absinthium的叶-茎α_P（0.92）与另两个亚属（1.50和1.28）形成鲜明对比。

生态系统尺度的保守性

尽管亚属间存在分化，但四大生态系统的α指数却高度一致：所有生态类型的叶vs茎α_N（1.03-1.41）和α_P（1.19-1.58）均>1，而茎vs根α_P（0.79-0.94）普遍<1。这种跨生态保守性在N:P比值分配中尤为突出，森林与沙漠的叶-茎α_N:P仅相差0.3。环境因子分析进一步证实，MAT、MAP、STN、STP对α指数无显著影响，暗示分配策略主要受谱系而非环境驱动。

结论与意义

该研究首次揭示：1）艾蒿属植物的营养分配策略在亚属水平呈现谱系特异性，Absinthium亚属演化出独特的向叶分配模式；2）尽管存在亚属分化，但生态系统尺度呈现惊人的保守性，说明跨环境适应存在"营养分配底线"；3）系统发育信号检测（Blomberg K≈0）表明，这种保守性可能源于功能性状（如导管结构、转运蛋白活性）的深层进化约束。

这些发现发表于《BMC Plant Biology》，为植物生态化学计量学提供了三个革新认知：首先，近缘种的营养分配差异可能被生态系统尺度研究掩盖，未来工作需整合谱系框架；其次，亚属特异性策略提示育种中需考虑种间差异；最后，保守的跨生态模式为预测全球变化下的养分循环提供了简化模型。正如研究者强调："营养分配的谱系烙印可能比环境筛选更深刻"，这一观点将重新定义我们对植物适应策略的理解边界。