气候变化背景下,植物的地理分布格局以及动态一直是生态学关注的热点问题之一。尽管当前研究普遍认为低温胁迫是限制植物纬度及海拔分布界限的最重要生态因子,但其受限的生理生态机理并不清楚,因而无法准确解释气候变暖下植物分布的扩张或缩小现象。揭示植物对低温适应的生理生态机理和进化特征,是理解植被分布格局对气候变化响应以及预测种群迁移的首要问题。本研究以在我国不同纬度和海拔的广布种入侵植物一年蓬(Erigeron annuus)及归化种小蓬草(Conyza canadensis)为研究材料,取代森林乔木等常用物种,以克服传统生态学和进化生物学所涉及的时间和空间尺度问题。利用生长室培养、低温处理和极端寒冷事件模拟等方法,分析不同纬度及海拔植物材料的耐冻性渐变特征,探讨耐冻性在进化背景不同的植物地理分布及扩展中的作用机理。主要结果如下:(1)随着纬度的升高,一年蓬与小蓬草的过冷却点与结冰点均有降低的趋势,且常温条件下,一年蓬的过冷却点与结冰点高于小蓬草,但经低温驯化后,一年蓬低于小蓬草。说明两植物的过冷却点与结冰点变化与纬度有关,而且一年蓬的低温敏感性强于小蓬草,经过低温驯化后具备更强的适应能力,能够快速调节以增强耐寒性应对低温胁迫,可能有继续向北方更为寒冷的地区蔓延的趋势。采样点最低温度同样是影响两种植物过冷却点与结冰点的气候因素。随着海拔的升高,植物的过冷却点与结冰点显著降低,常温条件下,低海拔植物过冷却点与结冰点显著高于高海拔地区植物,但经过低温驯化处理后,低海拔植物过冷却点与结冰点显著低于高海拔地区植物。说明低海拔地区植物低温敏感性强于高海拔地区,低海拔地区植物拥有快速适应低温环境的能力,能通过快速调整抗寒机制,更加适应低温环境,使耐寒性有显著的提高。(2)随着纬度的增加,常温与驯化处理后植物的细胞膜损伤程度的变化不显著,但经低温驯化处理后,一年蓬细胞膜损伤程度有所降低,而小蓬草细胞膜损伤程度并未发生变化,说明一年蓬的细胞膜系统更具快速适应寒冷环境的能力。(3)随着纬度的增加,常温与驯化处理后植物的光合系统损伤程度的变化不显著,但经低温驯化处理后,小蓬草光合系统损伤程度有所降低,而一年蓬光合系统损伤程度并未发生变化,说明小蓬草的光合系统更具快速适应寒冷环境的能力。随着纬度的增加,两种植物的低温敏感性有所增强,细胞膜系统与光合系统变化均不显著,随着海拔的升高,小蓬草的低温敏感性同样有所增强;低温驯化后,一年蓬的低温敏感性及细胞膜系统耐寒性强于小蓬草,光合系统抗寒性弱于小蓬草。