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【中国科技网】我国科学家成功破译亚热带森林生物多样性维持“密码”

文章来源:科技日报  陆成宽     发表时间:2019-10-04 

  森林生物多样性有着怎样的维持机制?来自中国科学院植物研究所的马克平研究团队首次结合亚热带森林幼苗更新动态监测数据、高通量测序技术和邻居效应模型,揭示了不同功能型土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用方式,提出了外生菌根真菌与病原真菌互作过程影响植物生存的物种共存新理论。相关研究成果于10月4日在线发表于《科学》杂志。 

  亚热带常绿阔叶林是我国独特的森林植被类型,在我国的分布范围最广、面积最大、生物多样性最高,约占我国国土面积的1/4,对我国生态文明建设和生态安全极其重要。历史上,中国亚热带常绿阔叶林,经历过频繁、大规模的人为干扰,绝大部分原生性植被,特别是低海拔地区的原生地带性植被多已消失殆尽,少量保存的原始林也大多破碎化严重,亟需开展保护和修复。然而,由于对亚热带森林群落多样性维持机制缺乏足够的认识,如何保育和修复我国各类退化亚热带森林生态系统面临着核心理论瓶颈。 

  论文第一作者、中国科学院植物研究所助理研究员陈磊告诉记者,现在绝大多数 物种共存理论都是基于热带森林提出的,但是亚热带和热带的森林有着非常显著的差别,“我们认为亚热带森林多样性的形成和维持机制和热带不一样”,不同于热带森林主要由丛枝菌根植物构成,亚热带森林主要由丛枝菌根植物和外生菌根植物共同构成。 

  研究团队前期通过对亚热带森林群落长期动态监测发现,植物同种密度制约能够通过种内个体相互限制,为异种个体提供生存空间,进而促进群落植物物种共存。但是,植物同种个体间相互作用模式,以及同种密度制约的形成机制并不清楚。 

  研究人员经过10年的努力,系统监测了浙江省开化县古田山亚热带24公顷森林动态监测样地内超过100个物种,25,000多株木本植物幼苗。选取了34个物种,320个植物个体,利用高通量测序技术测定了植物根际土壤真菌群落组成。“土壤真菌一般都与植物的根发生相互作用,根际是他们发生相互作用最重要的场所,为了揭示真菌和植物的相互作用关系,我们测定了植物根际土壤真菌的组成”陈磊说。在此基础上,对群落内植物种内相互作用强度和植物累积不同功能型土壤真菌速度的种间差异进行了定量评估。 

  分析结果显示,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度在物种间存在显著差异,并呈显著负相关。同时,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度决定了植物种内相互作用强度:易被病原真菌侵染的物种往往受到较强的种内负相互作用,而能够较快与外生菌根真菌形成共生关系的物种较不易受到种内负相互作用的影响。 

  此外,基于邻居效应模型开展的研究表明,植物菌根类型能够显著影响同种植物个体间的相互作用强度,对病原菌抵抗能力较弱的丛枝菌根植物更易受到邻近同种个体的限制,而能够与外生菌根形成共生关系的外生菌根植物却能够保护周围异种个体免受同种植物个体的影响。 

  该研究首次通过实验证明了植物种内相互作用强度是由有害的病原真菌和有益的菌根真菌相互作用共同决定的,颠覆了基于病原菌-植物种内相互作用的经典群落多样性维持理论,为建立亚热带森林生态系统修复理论、技术集成和示范提供了重要的科学基础。也为正确认识全球变化情境下的亚热带森林群落重构过程以及全球木本植物生物多样性分布格局提供了新思路。 


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