謝路路博士的研究成果發(fā)表在《Plant Cell and Environment》
氣候變暖背景下，頻發(fā)的極端干旱事件顯著影響著森林生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。尤其是，極端干旱導(dǎo)致的樹木死亡能夠直接改變林冠結(jié)構(gòu) ，引入大量的太陽輻射，造成林下更新受到干旱和強(qiáng)輻射的雙重脅迫，使得先鋒樹種占主導(dǎo)，而優(yōu)勢樹種更新受阻，導(dǎo)致森林逆向演替。因此，林下更新如何應(yīng)對地上-地下雙重脅迫，成為當(dāng)前森林生態(tài)和林學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一。近年來，外生菌根作為植物根系和土壤外生真菌所形成的互惠共生體，不僅有利于宿主植物的養(yǎng)分吸收，也能提高植物對外界不良環(huán)境的抗脅迫能力，受到了廣泛關(guān)注。理論上，根系養(yǎng)分吸收功能在脅迫環(huán)境下受限，但外生菌根能否補(bǔ)償根系的功能還存在很大爭議，并圍繞“外生菌根—根系共生關(guān)系”形成了兩種對立的假說：功能補(bǔ)償假說，即中長距離探索型（M-L型）菌根真菌因其菌絲廣泛分布，能夠很好地補(bǔ)償根系功能；能量限制假說，即在脅迫條件下，植物分配給細(xì)根的碳受到限制，且M-L型真菌更加耗能，導(dǎo)致該類型真菌無法補(bǔ)償根系功能。然而，這兩種假說在極端氣候事件特別是雙重脅迫下的適用情況尚不明確。
基于此，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)選擇溫帶森林典型外生菌根真菌樹種——蒙古櫟（喜光，Quercus mongolica）和紫椴（耐陰，Tilia amurensis）為主要研究對象，研究其生長和生物量分配、細(xì)根性狀和ECM真菌群落對極端干旱和強(qiáng)輻射雙重脅迫的響應(yīng)特征。結(jié)果表明，兩類樹種根系養(yǎng)分獲取能力和M-L型菌根真菌相對豐度隨干旱強(qiáng)度的增加而顯著下降，說明M-L型菌根真菌并不能補(bǔ)償根系功能，從而不支持功能補(bǔ)償假說。相反，細(xì)根生物量與M-L型菌根真菌相對豐度呈正相關(guān)，支持能量限制假說。雖然強(qiáng)輻射對細(xì)根性狀的影響較小，但能夠通過增加細(xì)根生物量積累，提高M(jìn)-L型菌根真菌的相對生物量，進(jìn)一步支持能量限制假說（圖1）。這意味著在自然界，外生菌根真菌在森林生態(tài)系統(tǒng)中的作用主要依賴于樹木給予的碳分配，反過來提升樹木本身對強(qiáng)輻射等脅迫的抗逆性。本研究強(qiáng)調(diào)了樹木與微生物之間的共生關(guān)系對樹木氣候適應(yīng)性的重要性，為促進(jìn)森林優(yōu)勢種更新、森林正向演替提供關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。
研究結(jié)果以“Variations in ectomycorrhizal exploration types parallel seedling fine root traits of two temperate tree species under extreme drought and contrasting solar radiation treatments” 為題發(fā)表于Plant Cell and Environment期刊。沈陽生態(tài)所特別研究助理謝路路博士為第一作者，王慶偉研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金、中國科學(xué)院BR計(jì)劃、博士后面上基金等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1111/pce.15093
圖1極端干旱及強(qiáng)輻射雙重脅迫下樹木細(xì)根性狀與外生菌根關(guān)系的概念模型
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