《Conservation》：Morphological Stability and Physiological Performance of Leontopodium alpinum Cass. Under Ex Situ Conditions
Magdalena Negru,
Alina Constantina Florea and
Monica Angela Neblea
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本研究评估了濒危物种高山火绒草在迁地（ex situ）受控培养下的形态与生理表现。结果表明，该物种在人工条件下保持了高度的形态稳定性和保守的生理策略（如高水分利用效率WUE），其生长和光合作用参数与天然高山区系相符。这证实了迁地培养可作为有效的补充性保护工具，并为该物种的商业化利用奠定了基础。
1. 引言
高山火绒草（Leontopodium alpinum），俗称雪绒花，是一种全球性受保护物种，也是化妆品和制药工业的宝贵资源。它的自然分布范围从亚洲的喜马拉雅/西藏地区延伸至欧洲的阿尔卑斯、喀尔巴阡、塔特拉、比利牛斯和巴尔干等山脉，主要生长在海拔1500米至3500米以上的高山和亚高山地带，偏好石灰质基质、排水良好的土壤和温和的降水量。然而，其破碎化的分布、较低的种群丰度与更新率、气候变化以及旅游采摘等因素，正严重威胁着其野外种群的未来。据预测，到2050年，全球变暖将迫使雪绒花种群向更高海拔迁移，其分布范围可能减少高达35%，并导致遗传多样性降低。
在此背景下，迁地（ex situ）培养作为一种补充性的保护策略显得尤为重要。它不仅能保护脆弱的种群免受自然栖息地退化的威胁，还能为研究其关键的生态需求、拓展商业化栽培以及减少对野外资源的开采压力提供可能。本研究旨在评估高山火绒草在受控环境条件下进行迁地培养的潜力，通过分析其形态和生理指标，并与自然种群的文献值进行比较，以确定其最佳栽培需求和适应非原生境环境的能力。
2. 材料与方法
2.1. 植物材料、试验地点与设计
研究使用的雪绒花种子购自罗马尼亚一家经认证的园艺供应商。试验于2022年至2025年在布加勒斯特国立科技大学皮特什蒂大学中心植物学与生物技术实验室的受控教学温室中进行。研究采用单因素实验设计，共36株个体植物，分为3个重复（R1, R2, R3），每个重复包含12个独立的生物学重复，均单独栽培以消除竞争影响。所有观测均在栽培的第三年（2025年）进行。
2.2. 栽培与环境条件
种子在4°C下冷藏至3月中旬播种。播种基质由珍珠岩（0–5 mm粒径）和园艺泥炭（1:1）分层铺设，种子播于珍珠岩层中。发芽在21°C、14小时光周期和85%相对湿度的条件下进行。当幼苗长至2–3厘米高时，将其移栽至温室。第一年结束时，将植株移入直径130毫米的PVC容器中，栽培基质为粗砂与园艺泥炭的混合物（1:3），底部铺设约3厘米厚的粗砾石用于排水。在生长季，环境条件被调整以模拟高山季节性：营养生长期温度维持在25-30°C，花期（6-8月）最高达35°C，而冬季营养休眠期（12月至1月底）最低至-5°C。灌溉频率为每周2-3次，确保营养期土壤含水量约为田间持水量的60%，花期约为45%。植株接受自然光周期。
2.3. 形态学评估
对每株样本的营养和繁殖器官进行了直接测量，包括：每株莲座数、叶片数、株高（厘米）、根数、每茎花序数、花茎长度（厘米）、花序直径（厘米）、主根最大长度（厘米）、根颈直径（厘米）。同时还计算了衍生参数：总叶数、叶面积（分为大、中、小叶片，单位厘米2）、估算植株体积（厘米3）、维度L1（丛高）和L2（丛宽）。叶面积使用Easy Leaf Area数字图像分析软件进行量化。
2.4. 生理学评估
使用LCpro+便携式光合作用测量系统测定生理参数，包括叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、气孔导度、蒸腾速率、净光合速率和呼吸速率。光合色素采用有机溶剂法提取，并在663纳米（叶绿素a）、645纳米（叶绿素b）和470纳米（类胡萝卜素）波长下进行分光光度计读数，最终浓度通过特定公式计算。
2.5. 数据解释与统计处理
形态和生理结果与基于高山生态系统的文献特征值进行了比较分析。使用SPSS v14+软件进行单因素方差分析（ANOVA），随后进行Tukey HSD事后检验（α = 0.05）和Pearson相关性分析。数据以平均值±标准差（SD）表示。
3. 结果
3.1. 形态性状分析
在相同的受控环境条件下，三个重复之间观察到的变异不能归因于外部因素，而更可能与初始表型差异或细微的个体生理潜能有关。这表明高山火绒草即使在稳定条件下也保持了种群内的形态功能可塑性。
大多数核心结构性状，如株高、L1和L2维度、植株体积、根数、最大根长和根颈直径，在重复间均无显著差异，表明其基本结构架构和固着能力具有高度的形态稳定性和发育均匀性。然而，总叶数在R1（125.33）显著低于R2（243.33）和R3（282.33），显示出叶片水平上的变异。同时，花序直径在不同重复间也存在显著差异，表明繁殖性状可能对内部资源可用性更为敏感。
三年观察发现，受控的迁地培养条件使得物候期较自然生长条件有所提前：营养生长始于2月第二周，开花期始于5月并持续至10月最后一周。
形态指标间的相关性分析揭示了有趣的权衡关系。植株宽度（L2）与根颈直径呈强正相关（r = +0.9986），但与最大根长呈强负相关（r = -0.8633）。同样，根颈直径与植株体积正相关（r = +0.8369），但与根数和最大根长负相关。每茎花序数与植株体积和L2宽度呈强负相关，而与根颈直径呈强正相关。花茎长度与根颈直径和植株体积呈强负相关，但与根数和根长呈正相关。这些稳定的负相关关系暗示了地下部分（根）延伸与地上部分（植株）扩展之间存在固有的资源分配模式。
3.2. 生理特性
测定的生理参数值落在典型高山旱生植物的功能范围内，表明高山火绒草具有保守的代謝、高水分利用效率和优化的气体交换过程。
估算的蒸腾速率（E = 1.5–2.2 mmol H2O m-2s-1）处于旱生植物报道值（1.2–3.5）的较低范围。气孔导度值为中等（0.08–0.14 mol m-2s-1）。估算的净光合速率（A = 8–11 μmol CO2m-2s-1）处于高山植物光合生理耐受范围（6–18）的中段。呼吸速率（Rd = 0.3–0.7 μmol CO2m-2s-1）接近一般区间（0.2–1.2）的下限，表明代谢成本较低。水分利用效率（WUE，以A/E比值表示）处于高山植物值的上限范围（3.5–4.8），证实了其保守的功能特征，即单位水分蒸腾能优化碳获取。
叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量及叶绿素/类胡萝卜素比值在三个迁地培养重复间无统计学显著差异，表明其光合色素谱稳定且均一。R2和R3的数值略高于R1，可能反映了光化学性能和抗氧化缓冲能力的轻微增强趋势，但无生理分化的证据。
4. 讨论
4.1. 形态稳定性与模块可塑性
株高、体积、根颈直径和根系性状等核心结构参数无显著差异，表明高山火绒草的三维结构和固着系统具有高度的形态稳定性。这种模式与其在自然环境中形成紧凑莲座丛、生长形式有限的特性一致。总叶数的显著差异可能反映了个体间叶片生产率的细微不同，而不同叶片大小类别（大、中、小）的差异则暗示了物候阶段或资源分配策略的可能变异，但均未对整体结构产生可测量的影响。这指示了一种模块化可塑性，主要表达在光合作用活跃器官（叶片）水平。根系指标的高度均匀性进一步支持了其地下系统是机械稳固且功能保守的观点，这符合其高山生长策略，即根系优先考虑机械稳定性和侵蚀控制，而非在浅薄多石土壤中的广泛探索。
4.2. 形态性状的相关结构
在受控生长条件下观察到的形态与繁殖性状间的相关性，很可能反映了内在的功能关联，而非外部生态限制。例如，地上部分体积扩张与地下根系延伸之间的强负相关，以及繁殖输出与某些营养参数间的权衡，可能代表了一种稳定的、物种特有的资源分配模式。这种在标准化环境中仍表现出来的相关性，更多地归因于基因型表达和内在分配策略，而非栖息地驱动的可塑性。
4.3. 高山旱生性背景下的生理特征
估算的生理参数符合典型高山旱生植物的范围。较低的蒸腾速率和中等的气孔导度值，与高效的失水控制及保守的气孔开放策略一致，这与其密被绒毛、厚角质层的叶片结构相适应。中等的净光合速率结合较低的呼吸速率，表明了一种能量保守的代谢机制，使其能在低温、短生长季条件下维持碳获取，同时降低维持成本。较高的水分利用效率（WUE）则将其归类为优化的旱生类群，能够在蒸发需求常超过水分供应的高山环境中高效利用水分。稳定的光合色素谱也表明，在受控条件下，色素生物合成未受到培养重复的显著影响。
5. 结论
本受控生长实验表明，高山火绒草在均匀环境条件下表现出高度的形态和结构稳定性，支持了其作为高山旱生多年生植物的保守生长模式。生理参数估计值保持在预期的高山旱生植物范围内，证实了其在受控条件下，结构保守性与叶片水平的适应性灵活性相结合。模块化响应所体现的表型可塑性反映了与资源分配和光合表面积优化相关的微调适应，而整体结构框架和固着能力保持稳定。测得的生理参数与已知高山草本植物旱生特征的一致性表明，即使在没有典型高海拔胁迫的情况下，高山火绒草仍保留了其基本的生态生理策略。
从应用角度来看，本研究为迁地繁殖和保护计划建立了可靠的基线。证明在受控条件下具有稳定的生长和发育表现，支持了能够维持遗传完整性和适应潜力的扩繁与栽培协议的可行性，并凸显了迁地培养作为补充性保护工具的价值。这一框架有助于长期努力，旨在将该物种重新引入其自然种群已变得破碎或受到威胁的文化、园艺或恢复的高山栖息地。
