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发现进化和生态因素共同塑造了不同菌根植物的养分策略—— 中国科学院植物研究所植被与环境变化国家重点实验室

来源：花匠小妙招时间：2024-11-29 14:13

在长期进化过程中，植物与菌根真菌建立了共生关系，从而显著增强了其对养分和水分的获取能力。约85%的维管植物与菌根真菌共生，其中丛枝菌根和外生菌根是最主要的两种菌根类型。两种菌根真菌及其植物宿主分化出了不同的养分获取策略：丛枝菌根真菌缺乏分泌胞外酶的能力，只能吸收经过腐生菌分解矿化后的无机养分；外生菌根真菌具有腐生功能，能够直接从有机质中获取养分。两种菌根真菌植物宿主的性状也存在显著差异，通常丛枝菌根植物根、叶性状表现为获取型，而外生菌根植物则更偏向于保守型。这些差异使得两种菌根植物适应了不同的环境，沿纬度或养分梯度的分布呈现显著不同。然而，目前仍不清楚进化历史如何与现代气候、土壤、微生物等生态因素相互作用，从而塑造丛枝菌根和外生菌根植物的不同养分策略。

刘玲莉研究组围绕这一科学问题，构建了全球木本菌根共生植物性状及养分数据库，对2000余种木本植物的根、叶关键功能性状，以及500余种植物的分解，矿化、重吸收数据进行了分析。发现随分化时间推移，植物进化出更高的叶片氮含量以及更大的比叶面积。同时，与分化时间较早的物种相比，新近分化的丛枝菌根植物表现出更快的分解速率及氮矿化速率，而氮重吸收效率没有变化；不同于丛枝菌根植物，新近分化的外生菌根植物表现出更快的分解速率及氮矿化速率，但氮重吸收效率降低。生态因素的分析表明，在温暖地区，凋落物的快速分解促进了养分的矿化，更有利于采取无机养分策略的丛枝菌根植物；同时在该区域，丛枝菌根植物比外生菌根植物表现出更高的氮吸收，这进一步提高了丛枝菌根植物的养分供应。然而，随着气候变冷，分解速率迅速下降，养分更多被固定在有机质中；此外，外生菌根植物在寒冷区域具有比丛枝菌根植物更高的氮重吸收效率。因此，外生菌根植物更能适应高纬高海拔等低温生态系统。

这一研究表明，系统发育和生态因素在解释植物养分策略方面均发挥着重要作用。新近分化的外生菌根植物的养分策略向无机养分策略转变。但总体而言，丛枝菌根植物相较于外生菌根植物，仍具有更强的无机养分策略，这种无机营养策略使得丛枝菌根植物能够在温暖的环境中具备更强的竞争力，而采取有机策略的外生菌根植物在寒冷区域更具有优势。总之，不同菌根植物养分获取策略的全球格局是由系统发育和生态因素之间的相互作用决定的。

该研究成果于10月22日在线发表于国际学术期刊Ecology Letters。博士研究生郭璐璐为论文第一作者，刘玲莉研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金及国家重点研发计划项目的资助。

文章链接：http://doi.org/10.1111/ele.14330