研究目标
金属植物的矿山（金属）种群已经形成了专门的繁殖策略，以适应重金属污染的栖息地，并且在生殖分配上与正常（非金属）种群不同。与非铜矿种群相比，铜矿种群在铜胁迫下显示出增加的种子产量和更大的繁殖能力。金属种群生殖分配的增加不仅取决于种子大小，还取决于每株植物的种子数。金属种群的植物以减少对营养性状的分配为代价增加了对生殖器官的分配，导致植物在高度上更短和更少的分支数。
研究背景
重金属污染现在是一个普遍的问题，在许多国家引起了环境和公共卫生问题。大多数植物受重金属污染由于植物*性，在环境中无法生存。植物的形态特征和功能通常是相互适应的，不同种群间的形态和功能差异与不同的环境变化适应模式有关，反映了植物获取、投资和利用资源方式的根本差异。为了研究金属植物对重金属污染环境的适应性，有必要阐明资源在植物营养性状和生殖性状的分配，而不是简单地测量生理基于幼苗在短期内对金属的耐受性。在植物的生命史中，丰富的种子产量是不利环境下维持整个种群稳定的关键因素。据研究表明，在资源有限、胁迫增加等特殊情况下，提早开花有利于种子生产，植物茎枝数直接影响种子生产和生殖分配，在不同栖息地下，不同物种会表现出种子大小和种子数量之间的权衡，以适应栖息地。在重金属污染的环境中，植物能在在含金属的土壤中成功地繁殖。更高的生殖分配将使植物有可能产生更多的后代，从而成功地在含金属的土壤中定居。
材料和方法
1、植物材料和土壤处理
分别在湖北省和武汉大学植物园进行研究，随机选择50多株植物采集种子，土壤取自武汉大学校园，土壤风干并通过2mm筛子以去除大颗粒。然后将准备好的土壤装入花盆（直径30cm）中，每个花盆含有4.5kg（干重，DW）的土壤。土壤中Cu处理为两个水平：铜浓度为0（对照）和mg.kg-1。为了使土壤中的铜浓度均匀化，将每个土壤样品（盆）铺在桌子上并喷洒Cu2+（CuCl2·2H2O溶液），将土壤样品均质化再放入盆中。
2、植物培养
K.stipulacea的种皮较硬，为了让种子容易发芽，将种子在胚的另一端用砂纸摩擦，磨掉部分种皮。然后将种子浸泡在水中过夜，并在塑料盘中的湿滤纸上在25°C黑暗中发芽。将发芽的种子均匀播种在直径15厘米装有石英砂的圆形塑料盆中，每盆10粒种子。花盆置于光照下14h和黑暗下10h，每天浇水。发芽4周后，选择健康且均匀的幼苗并移植到含有上述铜处理土壤的盆中。每盆平均分布三十株幼苗。将12个盆（两个土壤处理，两个种群，三个重复）放置在一个玻璃房中，自然光、温度和湿度尽可能保持在与田间相似。必要时用再蒸馏水浇灌花盆，每周将盆的位置随机化。
3、指标测量
①营养和繁殖指标测量
在植物成熟结束时收获植物的根瘤、茎高、茎枝和种子。然后将植物分为叶、茎、根、根瘤和种子，并于75℃下干燥72小时后用电子天平测定生物量。根据以下公式确定生殖分配(RA)(Tuomietal.,)：RA=Ir/(Ir+Is)，其中Ir是种子生物量，Is是植物根、根瘤和枝条的总生物量。收获指数估计为成熟时种子重量与地上干物质重量之比（Mwanamwenge等，）。生殖资源被确定为每株植物种子的总生物量（=每粒种子的干重*每株植物的种子数）。
②Cu测量
将干燥的根、茎、叶和种子磨成粉末。粉末首先在室温下在浓HNO3中消解过夜，然后在约℃下煮2次，然后在约℃下用浓HNO3/HClO4(3/1,v/v)进一步消解。冷却后，萃取液用HNO3稀释并配制成至10毫升。使用火焰原子吸收分光光度计（WF-5型，中国新田）测定提取物中的铜含量。
研究结果
1、铜对种子数、种子重量和繁殖资源的影响
在Cu处理下单株种子数、种子重和生殖资源均表现出显著的交互作用（P0.01、P0.05和P0.）（图1和表2）。Cu处理显著降低了非金属中的每株种子数，种子重量和生殖资源，而金属种群显著增加。
2、Cu对生殖资源分配的影响
生殖分配和收获指数都显示了种群和铜处理之间的显著交互作用(P0.，P0.)(图2和表2)。铜处理显著降低了非金属种群的生殖分配和收获指数，而显著提高了金属种群的生殖分配和收获指数。
3、铜对某些营养性状的影响
株高和单株茎分枝数均显示显著受群体(P0.01，P0.)和铜处理(p0.01，P0.05)的影响，并且存在显著的交互作用对于群体和铜处理之间的关系(P0.01，P0.01)(图3和表2)。金属群体的株高和单株茎分枝数低于对照的非金属群体。在非金属群体中，铜处理显著降低了株高和单株茎分枝数，而在金属群体中，这些性状不受铜处理的影响。
4、铜对根瘤的影响
铜处理显著(P0.)减少了两个群体中每株植物的根瘤数量(图4A和表2)。相反，铜处理显著增加了两个群体中每个根瘤的干重(图4B和表2)。结果，两个群体中每株植物的根瘤生物量与对照相比差异很小(图4C和表2)。
5、植物中的Cu浓度
铜处理显著增加了两个群体的叶、茎、根和根瘤中的铜浓度(分别P0.05、P0.01、P0.、P0.)(图5和表2)。值得注意的是，金属群体的叶、茎和根瘤中的铜浓度低于非金属群体，尽管由于高偏差而没有观察到统计学意义。种子中的铜浓度在群体之间以及铜处理之间没有显示出显著差异(图5和表2)。
总结
研究表明，针茅金属种群的生殖资源及其分配对铜暴露的响应不同于非金属种群。与非金属群体相比，金属群体在铜胁迫下具有更高的种子产量和更大的繁殖能力。金属群体生殖分配的增加不仅取决于种子大小，还取决于单株种子数。此外，金属群体中的植物增加了对生殖器官的分配，而牺牲了对营养性状的分配，导致植物具有更矮的高度和更少的分枝数。很少有证据表明根瘤对生殖资源和分配的影响。金属群体中的植物减少了铜从根部向地上部分的转移。这些数据表明，与非金属种群相比，金属种群倾向于投入更多的资源用于生殖产出，并在对富铜矿区土壤的适应性进化中增加其生殖分配，以提高适合度。在这种受胁迫的环境中，增加生殖产量是金属种群的一种有益的生活史策略，可以最大限度地找到合适的栖息地进行入侵，并在土壤中建立种子库。
审稿：王毅
投稿：李娜
编辑：赖雨欣
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