瀋陽生態所揭示病原真菌和昆蟲對溫帶森林木本植物物種共存的重要...

2021-01-08 中國科學院

　　為什麼形形色色的物種能夠共同生活在一起？這背後隱藏著什麼奧秘？該問題是群落生態學的核心問題之一。早期研究發現周圍相同樹種個體越多，其後代更新和存活表現越差，這種同種之間的相互抑制為其他種定植提供了生存空間，從而促進物種共存。然而究竟是什麼原因導致這種同種「自疏」現象？Janzen-Connell假說（簡稱JC假說）認為同種個體越多，更容易吸引專一性的病原菌、昆蟲或動物等聚集，從而對同種幼苗產生負作用。儘管目前已有研究分別在種群水平上揭示了病原菌、植食性昆蟲等對於調節植物種群動態的重要性，然而在群落尺度上的實驗研究則很少，且在多樣性較低的溫帶森林中更是未見報導。

　　鑑於此，中國科學院瀋陽應用生態研究所天然林生態組已畢業博士賈仕宏，在導師、研究員王緒高的指導下，與美國康乃狄克大學博士Robert Bagchi合作，於2014年在長白山闊葉紅松林建立了控制實驗樣地，通過圍欄及定期噴施殺菌劑和殺蟲劑等處理研究大型動物、昆蟲和病原菌對喬木幼苗的影響（圖1）。結果發現，在群落水平上殺菌處理顯著降低了大樹周圍同種幼苗的增補和存活，殺蟲也增加了大樹周圍同種幼苗的增補，但對存活無顯著影響，圍欄處理對幼苗增補和存活均無顯著影響。說明病原真菌和昆蟲通過密度制約的方式抑制同種的定植，為其他種提供生存空間，進而促進物種共存。同時為進一步研究不同樹種受病原真菌和昆蟲影響的規律，按菌根類型和耐蔭性將幼苗分為外生菌根和叢枝菌根，及耐蔭種和非耐蔭種兩大類，發現殺菌處理主要影響外生菌根樹種和耐蔭樹種大樹周圍同種幼苗的增補，而殺蟲則主要影響非耐蔭樹種大樹周圍的幼苗增補（圖2）。

　　該研究採用野外控制實驗的方法，在群落尺度上證明病原真菌和植食性昆蟲是影響溫帶森林物種共存的重要因子，而且病原真菌和植食性昆蟲的影響強度與樹種生活史策略密切相關。該研究為理解溫帶森林物種共存機制提供了重要的實驗證據，同時也可為森林經營管理和生物多樣性保護提供理論依據。

　　該研究結果以Tree species traits affect which natural enemies drive the Janzen-Connell effect in a temperate forest 為題，1月15日在線發表於《自然-通訊》（Nature Communications，DOI: 10.1038/s41467-019-14140-y）。賈仕宏為第一作者，王緒高為通訊作者。該研究得到中科院先導科技專項培育項目和國家自然科學基金項目等的支持。

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圖1. 長白山闊葉紅松林控制實驗樣地示意圖

圖2. 病原真菌、昆蟲及樹種生活史策略共同調控同種密度制約效應

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