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水生植物学进展、应用与展望,Applications in Plant Sciences

来源：花匠小妙招时间：2024-11-08 02:23

淡水和海洋的水生生态系统构成了丰富多样的栖息地，这些栖息地越来越被认为对维持生态稳定和支持人类经济活动至关重要（Hofstra 等人， 2020 年）。在这些重要的生态系统中，大型植物，无论是原生的还是外来的，仅占维管植物总多样性的不到 1%，但它们在水生生态系统结构（即栖息地异质性和生物多样性）和功能（即养分和水循环）中发挥着至关重要的作用)（Havel 等人， 2015 年；Geist 和 Hawkins， 2016 年；Hofstra 等人， 2020 年）。尽管水生植物具有生态重要性，但由于土地利用变化、水情变化和气候变暖的影响，水生植物是世界范围内受威胁最严重的物种之一（Chambers 等人， 2008 年；Hilt 等人， 2017 年）。这些威胁会对水生植物的多样性、生产力和功能产生深远影响，进而影响我们管理、保护和养护这些系统的方式。

近几十年来，分析和调查方法的技术进步更容易应用于水生植物研究，并为加深对水生植物分布和生存以及与入侵物种的生物相互作用和与环境的非生物相互作用的理解提供了重要手段（O 'Hare 等人， 2018 年）。例如，成本降低和敏感物种和/或栖息地重复采样的最小化允许在水生系统中更广泛地使用稳定同位素分析（例如，Glibert 等人， 2019 年），同时生态建模和计算生物学的持续发展提高了我们对与水生植物物种复杂相互作用的理解（例如，Wood et al., 2014; Boothroyd 等人， 2015 年；Verschoren 等人， 2016 年）。在本期植物科学应用特刊“水生植物学的进展、应用和前景”中，我们提出了四篇论文，探讨了水生植物研究两个关键领域的当前方法和挑战：(i) 生物多样性和保护，以及 (ii) ) 水生入侵物种管理。

生物多样性和保护

我们在本期的第一篇论文（Tyrrell 等人， 2022 年）提出了一种基于特征的新方法来监测大型植物系统。从历史上看，由于缺乏分类分辨率和整体抽样工作，基于成分和多样性的调查具有挑战性。方法学的改进提高了我们识别、绘制和关联多样性指标与水生环境质量指数的能力（Visser 等人， 2015 年；Spears 等人， 2016 年）。然而，由于物理化学环境的强烈影响以及使用简单的基于分类的方法时，这些指标通常是局部或区域性的焦点（McGill et al., 2006 ; O'Hare et al., 2018 ））。在这里，泰瑞尔等人。（2022 年）探索调整来自一个地理区域（欧洲）的基于大型植物的指标（即源自物种营养亲和力的生长形式营养亲和力）以评估另一个地理区域（加拿大）的营养水条件的可能性。他们证明，采用水生植物生长形式而不是分类学特征可以改善与实际营养水条件的关系。他们认为，该机械指数提供了一种替代的生物评估应用工具，并提供了区域间或洲际比较的能力。

我们在本节中的第二篇论文（Lane， 2022 年）更仔细地研究了河口的植物群落组成，特别是河口上游的潮汐淡水沼泽 (TFM)。这些栖息地对于碳储存、营养循环以及迁徙鲑鱼和海鸟的栖息地至关重要。然而，由于人类发展导致 TFM 的丧失，因此越来越需要更好地了解和保护这些栖息地（Mueller 等人， 2016 年；Chalifour 等人， 2019 年）。具体来说，TFM 中从种子中招募水生植物的研究代表了一个重大的知识差距。车道 ( 2022) 强调了 TFM 中发芽生态学的重要性，并报告了如何利用沼泽器官研究潮汐条件下的发芽过程。作者根据五种 TFM 物种的栖息地流行率和商业可用性，研究了人工和自然冷却以及近邻水生移植物的存在和/或不存在对萌发的影响。Lane ( 2022 ) 说明了一种简单且具有成本效益的基于田间的方法，该方法可应用于不同的地点和环境条件，并为确定用于恢复或保护应用的特定物种的种子招募生态位提供了见解。

水生入侵物种管理

通常，当前生物入侵的速度超过了地质时间尺度上发生的先前事件的速度（Ricciardi， 2007）。水生生态系统中的入侵物种对生物多样性和生态系统功能有多种影响。虽然一些水生入侵物种对环境几乎没有影响（例如，Havel 等人， 2005 年），但许多入侵物种对其他物种和环境具有显着的负面影响（例如，Bunn 等人， 1998 年）。因此，水生入侵物种对许多水生栖息地的恢复或保护构成了挑战。我们在本节中的第一篇论文（Van De Verg 和 Smith， 2022) 概述了一种新颖的、基于现场的方法，该方法使用一种常见的可生物降解的化学物质来减轻侵入性巨藻。在这里，Van De Verg 和 Smith ( 2022 ) 将不同浓度的过氧化氢注入受影响的礁滩内侵入性海藻Avrainvillea lacerata的单个基底附件。他们发现注入过氧化氢后相对电子传输速率最大值（光合作用的一种度量）显着降低，作者讨论了这种方法在更大范围内的可能用途。

除了水生入侵物种对物种组成和丰度的影响外，它们还可以重构食物网，特别是在淡水生态系统中（参见 Havel 等人， 2015 年及其参考文献）。然而，关于水生入侵植物对更高营养水平变化的食物网影响知之甚少。Wigginton 等人对这个问题的剩余贡献。( 2022 年)，强调使用稳定同位素和贝叶斯混合模型来检查入侵水生植物对松雀资源利用的作用。他们证明歌麻雀表现出对入侵植物Lepidium latifolium种子的依赖以及资源利用的季节性差异。使用先进的工具（即稳定同位素分析和贝叶斯混合模型）对入侵植物的控制和管理具有重要意义，因为控制入侵植物的尝试可能会对依赖它们提供营养支持的其他物种产生负面或意想不到的后果。

总体而言，这些论文展示了水生植物研究前沿的工作。我们对水生植物生物学和生态学的理解从未如此深入，尤其是随着新技术和方法的范围越来越广，越来越容易获得。对生物多样性、入侵物种控制和保护采取历史性的“观望”方法不是一个可行的选择。正如本期特刊所强调的那样，更快速、更具成本效益和稳健的方法和方法对于保护当前的水生生态系统及其提供的服务至关重要。我们希望您在这个充满活力和不断变化的水生植物学领域中发现这些文章既能提供信息又能鼓舞人心。

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