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研究土壤微生物介导的植物竞争的机制方法,Journal of Ecology

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 22:22

1 土壤微生物调节植物竞争

植物与土壤微生物的相互作用无处不在，对它们在调节植物竞争中的作用的认识增进了我们对植物共存的理解（Bever， 2003；Chung & Rudgers， 2016；Wagg 等， 2011）。在过去的几十年里，植物宿主与其特定土壤微生物之间的负反馈（植物-土壤负反馈[PSF]）已成为理解土壤微生物在维持植物多样性中的作用的主导范式（Crawford等， 2019；柯与三木, 2015）。这一范式认为，植物物种通过特定物种的微生物组合培育土壤遗产，这些微生物组合对自身的危害比共生物种更有害。这种自我限制促进了共存。

PSF 的经典理论是现象学模型的延伸，其中共存取决于种内和种间相互作用的相对强度，而没有明确提及这些相互作用背后的机制（Bever 等，1997；Revilla 等， 2013 ）。这种方法在实验上是易于处理的。土壤群落可以被视为一个单一的实体，并根据其对植物宿主的净影响进行评估。然而，这种易处理性是以牺牲机械理解为代价的。最近对 PSF 的评论强调了它们的重要性（Gundale 和 Kardol， 2021），但警告其高度的上下文依赖性和低可预测性（Bennett 和 Klironomos， 2019；De Long 等人， 2019 ）; 史密斯-拉梅什和雷诺兹， 2017）。例如，PSF 的大小和方向可能会根据植物年龄和发育阶段、资源可用性、非生物环境梯度和宿主竞争环境而变化（Beals 等，2020； Chung， 2023）。我们不应该满足于 PSF 发生的证明，而应该努力量化它们对维持自然多样性的贡献。

为了理解和预测植物-土壤微生物相互作用在植物竞争和共存中的作用，我们必须超越现象学描述，并考虑驱动反馈的潜在植物-土壤微生物相互作用。明确考虑微生物功能的机制框架将帮助我们预测微生物在不断变化的生物和非生物环境中对植物共存的影响，并确定它们相对于其他共存机制的重要性（Abbott 等，2021；Semchenko 等，2022 ； van der Putten等， 2016）。虽然微生物的功能极其多样化，但它们主要作为互利共生者、病原体或分解者与植物相互作用。在植物共存的背景下，PSF 研究主要集中在病原体上，因为强调负密度和频率依赖性。然而，有强有力的证据表明，共存促进反馈也可以通过共生体（例如固氮细菌和菌根真菌）和分解者来促进（例如Bennett等人，2017年；Bever，2002年；Siefert等人， 2018 年； Veen）等人， 2019；惠特克等人， 2017）。打开土壤微生物黑匣子的机械方法可能比传统的现象学方法需要更多的测量（见第 6 节），但对于预测快速环境变化的后果至关重要，而无需在新环境中重复实验。我们的目标是综合关于调节植物之间资源竞争的微生物机制的最新证据，并提出一个基于资源的机制框架，用于理解和预测土壤微生物在植物竞争和共存中的作用（图1）。

图1

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该概念图将不同的植物-土壤微生物相互作用纳入具有两个植物竞争者和两种资源的传统资源划分框架中。箭头代表能量和物质的流动，而不是效果。箭头的宽度表示流动的强度，反映了植物、微生物和资源之间假设的相互作用特异性（例如，这里每种植物更多地受到其特定敌人的攻击，并且其特定分解者处理更多宿主垃圾）。虚线框代表植物-敌害系统，该系统通过敌害引起的植物死亡而造成垃圾。蓝色箭头表示外部资源供应。当微生物缺乏宿主特异性时，可以通过合并每个功能组的微生物 A 和 B 成分来简化该图。

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所属分类：花卉