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    成都生物所在森林細根功能屬性多維性研究方面取得進展

    2020-04-30 成都生物研究所
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      根系對土壤水分、養分資源的吸收是陸地植物生長、發育和進化的基礎,主要發生在根系分枝末端2-3個根級上,即通常所說的細根(直徑<2mm)的一部分。植物根系的吸收功能依賴于一系列與根系形態、結構、化學及生物等相關的功能屬性。因此,通過梳理根系功能屬性在不同物種和環境條件下的變化規律,能夠“透視”根系如何響應和適應環境的變化,這對于理解植物進化以及預測群落構建過程對全球環境變化的響應至關重要。

      近幾年,根系功能屬性的多維性特征受到了越來越多的關注,并已成為植物地下功能屬性研究的前沿熱點。大量證據表明根系功能屬性在兩個核心維度發生共變,其中一個維度沿著根經濟譜描述了根系從保守型向獲取型策略的轉變,另一個維度以根直徑為主線,描述了根系從依賴菌根共生向自主覓食的養分獲取策略的轉變。但迄今為止,相關研究大多基于叢枝菌根(AM)物種(尤其是木本植物),而在外生菌根(ECM)占絕對優勢的高寒針葉樹種中尚缺乏系統性研究和試驗論證。因此,關于ECM針葉樹種的根系功能屬性在多變的高寒環境下將會有何獨特的變異規律,以及背后的支配因素是什么?對這些問題尚缺乏清晰的認識。

      中國科學院成都生物研究所尹華軍團隊以青藏高原ECM高度共生的亞高山針葉林為研究對象,采用統一的調查方法,采集了該區域76個樣點、29個針葉樹種的前兩級吸收根,建立了包含8個根系功能屬性及相關環境因子(包括氣候、土壤因子等)的數據庫。基于該數據庫分析發現,與ECM共生的針葉樹細根屬性的變化規律與AM樹種表現出類似的格局:第一個維度由負相關的直徑和比根長主導,反映了根壽命和資源覓食效率間的權衡;第二個維度由負相關的根氮濃度與組織密度主導,反映了保守型-獲取型資源策略間的權衡關系。但本研究一個有趣的發現是:與AM樹種相反,ECM針葉樹種中覓食效率低的粗吸收根(直徑大)對菌根真菌的依賴程度低于細吸收根(直徑小)。更為重要的是,本研究首次發現氣候(主要是降雨)和土壤養分有效性在驅動根系屬性多維性特征中發揮不同作用。其中,降雨主導了細根直徑和比根長沿第一維度的變異,而土壤養分有效性則主要對細根氮濃度和組織密度沿第二維度的變化施加影響(圖2)。總體上,本研究結果進一步佐證了根屬性的多維性特征,并為資源環境異質性組合驅動根屬性多維性特征提供了確切的試驗證據。

      上述研究結果為理解亞高山針葉林適應高山異質性環境的地下生態策略提供了新的見解,研究成果近期以Climate and soil nutrients differentially drive multidimensional fine root traits in ectomycorrhizal-dominated alpine coniferous forests 為題發表在生態學領域國際期刊Journal of Ecology (2020)上。該論文第一作者為成都生物所博士丁俊祥和河南農業大學教授孔德良,通訊作者為研究員尹華軍。該研究得到第二次青藏高原科學考察研究、中科院前沿科學重點項目和國家自然科學基金項目等的聯合資助。

      論文鏈接

    1 研究區針葉林代表性圖片A:松林,B:云杉林,C:冷杉林,D落葉松林)

    2 氣候和土壤養分驅動的細根功能屬性多維變異的概念模型RD:細根直徑,SRL:比根長,MCR:菌根侵染率,RTD:組織密度)

    打印 責任編輯:葉瑞優

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