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植物所在亚热带森林群落生物多样性维持机制研究中取得进展

2019-11-13 13:54:39 4739人参与  4739条评论

亚热带常绿阔叶林是中国特有的森林植被类型。它在中国分布最广,面积最大,生物多样性最高,约占中国陆地面积的1/4。这对中国的生态文明建设和生态安全至关重要。历史上,中国亚热带常绿阔叶林经历了频繁和大规模的人为干扰。大多数原始植被,特别是在低海拔地区,已经完全消失。大多数少量保存下来的原始森林严重破碎,急需保护和恢复。然而,由于对亚热带森林群落多样性的维持机制缺乏足够的认识,如何保护和修复我国各种退化的亚热带森林生态系统面临着核心理论的“瓶颈”。

中国科学院植物研究所的马科平研究小组近20年来一直致力于亚热带森林生物多样性的研究。2018年,在中国亚热带森林生物多样性和生态系统功能实验基地(bef-china)的基础上,研究团队首次明确证明生物多样性是亚热带森林高产的直接原因。近日,该团队与中国科学院微生物研究所等单位合作,结合林下幼苗长期动态监测数据、高通量测序技术和邻近效应模型,首次揭示了不同功能土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用模式,成功破译了维持亚热带森林生物多样性的“密码”,提出了基于外生菌根真菌与影响植物生存的病原真菌相互作用过程的新物种共存模型,推翻了基于病原-植物相互作用的经典物种共存理论。

通过对亚热带森林群落的长期动态监测,研究小组发现,相同密度的植物限制可以通过物种内个体的相互制约,为异质个体提供生存空间,从而促进植物物种在群落中的共存。然而,同种植物之间的相互作用模式和相同密度限制的形成机制尚不清楚。为此,研究者们首先连续9年对浙江省开化县古田山样地24公顷的苗木存活监测数据进行了分析。基于近邻效应模型,发现相同密度限制的强度主要受植物菌根类型的影响,丛枝菌根植物更容易受到相同近邻密度限制的影响,而外生菌根植物近邻可以保护异质个体免受相同密度限制。

之后,通过从34种植物中选取320株植物个体,利用分子生物学技术测定植物根际土壤真菌群落的组成,研究人员发现,在树木的生长过程中,病原真菌和外生菌根真菌的植物积累速度在物种间存在显著差异,呈现显著负相关。进一步研究表明,病原真菌和外生菌根真菌的植物积累速度与同一植物幼苗的密度限制强度密切相关:受相同密度限制越多的物种越有可能积累病原真菌,而能够更快积累外生菌根真菌的植物物种不容易受到相同密度限制的限制。不同于由病原菌驱动的物种共存的经典理论,实验证明,植物的相同密度限制是由有害病原真菌和有益菌根真菌的相互作用决定的,而不是单个群体相互作用的结果。

以上成果是马科平团队前期亚热带森林群落构建机制研究工作的拓展,为建立亚热带森林生态系统恢复的理论、技术集成和示范提供了重要的科学依据。研究结果也为正确理解全球变化背景下亚热带森林群落的重建过程和全球木本植物多样性的分布格局提供了新思路。

相关结果以报告的形式发表在10月4日的国际学术期刊《科学》上。这篇文章的题目是亚热带森林中不同土壤真菌的积累和树木的密度依赖性。markping研究小组的助理研究员陈雷是论文的第一作者,markping是论文的通信作者。该研究由国家重点研究开发项目、中国科学院战略试点科技项目(乙类)、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会共同资助。

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