大種子儲(chǔ)存著更多的資源以供幼苗生長(zhǎng)，但豐富的營(yíng)養(yǎng)也使其成為了動(dòng)物理想的食物來(lái)源和捕食目標(biāo)。殼斗科植物的種子以一種獨(dú)特的體外傳播模式擴(kuò)散。具體來(lái)說(shuō)，嚙齒類(lèi)等有分散貯藏行為的動(dòng)物搬運(yùn)并埋藏種子作為食物儲(chǔ)備，而那些被遺忘的種子則得以萌發(fā)生長(zhǎng)。在這一過(guò)程中，動(dòng)物既是傳播者也是捕食者。因此，殼斗科植物的種子在傳播過(guò)程中經(jīng)常存在被動(dòng)物部分捕食的情況，但種仁的部分受損卻不一定導(dǎo)致種子的死亡。這一現(xiàn)象受到生態(tài)學(xué)家的廣泛關(guān)注，然而，仍未有研究通過(guò)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)手段，在多物種、多性狀上探究種子的部分捕食對(duì)植物繁殖更新的影響。

為探究這一問(wèn)題，武漢植物園宏觀(guān)生態(tài)學(xué)課題組對(duì)20種殼斗科植物的種子進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化的模擬種子捕食實(shí)驗(yàn)（圖一），以明晰種仁部分受損對(duì)種子后續(xù)的萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響。

圖一. 研究中選取的殼斗科物種（陳思翀拍攝）

本研究在不損害胚的情況下隨機(jī)切去種子0% - 96%的種仁，并在隨后開(kāi)展了萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，測(cè)量了與種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和生物量分配相關(guān)的15種性狀（圖二）。

圖二. 種子模擬捕食實(shí)驗(yàn)流程

結(jié)果顯示，種仁受損會(huì)影響幼苗的生長(zhǎng)情況，如降低幼苗總生物量和葉片數(shù)量，但對(duì)于種子的萌發(fā)情況和幼苗整體生物量的分配，例如根莖比和葉重量比則沒(méi)有顯著影響。隨著受損種仁比例的增加，種子萌發(fā)出的幼苗通常具有更高的比葉面積，可能會(huì)在光照競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，但葉片防御也隨之降低（圖三）。研究表明，殼斗科等借助動(dòng)物分散貯藏傳播的植物進(jìn)化了體型相對(duì)較大的種子，以利于自身在種仁部分受損的情況下依舊可以完成種子的散布和萌發(fā)，提高種子傳播的效率。這使得生產(chǎn)大種子成為一種有效的適應(yīng)方式，平衡了殼斗科植物種子傳播的效率和抵御捕食的能力。

圖三. 種仁被部分捕食對(duì)種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、生物量分配的影響

本研究為種子大小的多樣性與進(jìn)化提供了新視角，說(shuō)明種子大小本身可能是一種防御性特征，較大的種子能夠抵消種仁部分損失的后果，避免種子被完全取食，從而確保萌發(fā)和后代的成功建立。在實(shí)際應(yīng)用上，研究指出在種子供應(yīng)不足的年份，那些部分受損但仍具活力的種子也可以用于造林項(xiàng)目。本研究同時(shí)揭示了物種應(yīng)對(duì)動(dòng)物捕食的獨(dú)特策略，為森林及其他生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性保護(hù)和生態(tài)恢復(fù)提供了指導(dǎo)。

研究近日以“Large seeds as a defensive strategy against partial graniv?ory in the Fagaceae”為題發(fā)表于生態(tài)學(xué)主流期刊Journal of Ecology。中國(guó)科學(xué)院武漢植物園陳思翀研究員為論文的第一作者和共同通訊作者，王青鋒研究員為論文的共同通訊作者。英國(guó)皇家植物園Alexandre Antonelli教授、武漢植物園博士研究生黃猇、特別研究助理魏能博士及湖北大學(xué)戴璨教授參與了本研究。本研究受到國(guó)家海外高層次人才引進(jìn)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院“率先行動(dòng)”引才計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

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（鐘鑫拍攝）