植物所在亞熱帶森林群落生物多樣性維持機制研究中取得進展

2020-11-27 中國科學院

　　亞熱帶常綠闊葉林是我國獨特的森林植被類型，在我國的分布範圍最廣、面積最大、生物多樣性最高，約佔我國國土面積的1/4，對我國生態文明建設和生態安全極其重要。歷史上，中國亞熱帶常綠闊葉林經歷過頻繁、大規模的人為幹擾，絕大部分原生性植被，特別是低海拔地區的原生地帶性植被多已消失殆盡，少量保存的原始林也大多破碎化嚴重，亟需開展保護和修復。然而，由於對亞熱帶森林群落多樣性維持機制缺乏足夠的認識，如何保育和修復我國各類退化亞熱帶森林生態系統面臨著核心理論「瓶頸」。

　　中國科學院植物研究所馬克平研究團隊近20年來一直致力於亞熱帶森林生物多樣性研究。2018年該研究團隊基於中國亞熱帶森林生物多樣性與生態系統功能實驗基地（BEF-China），第一次對生物多樣性是亞熱帶森林高產的直接原因給出了確切的證明。近日，該團隊與中科院微生物研究所等單位合作，結合林下幼苗長期動態監測數據、高通量測序技術和鄰居效應模型，首次揭示了不同功能型土壤真菌驅動亞熱帶森林群落多樣性的作用模式，成功破譯了亞熱帶森林生物多樣性維持「密碼」，提出了基於外生菌根真菌與病原真菌互作過程影響植物生存的物種共存新模式，顛覆了基於病原菌-植物互作的經典物種共存理論。

　　研究團隊前期通過對亞熱帶森林群落長期動態監測發現，植物同種密度制約能夠通過種內個體相互限制，為異種個體提供生存空間，進而促進群落植物物種共存。但是，植物同種個體間相互作用模式，以及同種密度制約的形成機制並不清楚。為此，研究人員首先對浙江省開化縣古田山24公頃樣地內連續9年幼苗存活監測數據進行了分析，基於鄰居效應模型，發現同種密度制約的強度主要受植物菌根類型影響，叢枝菌根植物更易受到同種鄰居密度限制，而外生菌根植物鄰居卻能夠保護異種個體免受同種密度制約的影響。

　　隨後，研究人員通過選取34個物種320個植物個體，利用分子生物學技術對植物根際土壤真菌群落組成進行測定發現，在樹木生長過程中，植物累積病原真菌和外生菌根真菌的速度在物種間存在顯著差異，並呈顯著負相關。進一步研究表明，植物累積病原真菌和外生菌根真菌的速度與同種植物幼苗密度制約強度密切相關：受同種密度制約限制較大的物種更容易累積病原真菌，而能夠較快累積外生菌根真菌的植物物種不易受到同種密度制約的限制。與病原菌驅動的經典物種共存理論不同，實驗證明了植物同種密度制約是由有害的病原真菌和有益的菌根真菌相互作用共同決定的，而非單一類群作用的結果。

　　上述成果是馬克平團隊在前期亞熱帶森林群落構建機制研究工作的拓展，為建立亞熱帶森林生態系統修復理論、技術集成和示範提供了重要的科學基礎。該成果也為正確認識全球變化情境下的亞熱帶森林群落重構過程以及全球木本植物生物多樣性分布格局提供了新思路。

　　相關成果於10月4日在國際學術期刊《科學》（Science）以Report形式發表，文章題為Differential soil fungus accumulation and density dependence of trees in a subtropical forest。馬克平研究組助理研究員陳磊為論文第一作者，馬克平為論文通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃項目、中科院戰略性先導科技專項（B類）、國家自然科學基金和中科院青年創新促進會的共同資助。

　　文章連結

圖1. 亞熱帶常綠闊葉林

圖2. 不同類型菌根植物同種密度制約強度

圖3. 同種密度制約與病原真菌（A，C）以及外生菌根真菌（B，D）累積速度的關係

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