自然環(huán)境下,森林內(nèi)部的光環(huán)境是動(dòng)態(tài)變化的,探究動(dòng)態(tài)光對(duì)植物的影響也是當(dāng)前林業(yè)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。光作為植物進(jìn)行光合作用的重要能量來(lái)源,同時(shí)也是植物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子,很大程度上決定了林下樹(shù)種幼苗的存活和生長(zhǎng)。然而,伴隨全球變暖,極端干旱導(dǎo)致的樹(shù)木死亡會(huì)改變森林冠層結(jié)構(gòu),導(dǎo)致林內(nèi)光環(huán)境發(fā)生變化,共同影響著林下樹(shù)種幼苗。因此,亟需研究植物在動(dòng)態(tài)光環(huán)境下的生長(zhǎng)發(fā)育及植物如何響應(yīng)干旱和動(dòng)態(tài)光耦合環(huán)境。理論上,植物可以通過(guò)調(diào)整自身功能性狀,也可以通過(guò)根系分泌物-微生物互作機(jī)制來(lái)適應(yīng)外界環(huán)境變化。因此明確樹(shù)木如何適應(yīng)干旱與動(dòng)態(tài)光的交互作用,成為理解和預(yù)測(cè)森林生態(tài)系統(tǒng)功能對(duì)氣候變化響應(yīng)的關(guān)鍵。但是,目前大多數(shù)研究主要關(guān)注根系分泌物-微生物互作對(duì)干旱的響應(yīng),忽略了同時(shí)存在的光及與干旱交互影響,然而根際過(guò)程如何響應(yīng)其耦合關(guān)系尚不清楚。
基于此,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所森林生態(tài)系統(tǒng)管理團(tuán)隊(duì)選擇溫帶森林典型代表樹(shù)種蒙古櫟—高抗旱性(Quercus mongolica)和紫椴—低抗旱性(Tilia amurensis)幼苗作為主要研究對(duì)象,通過(guò)室內(nèi)控制實(shí)驗(yàn),研究其生長(zhǎng)和生物量分配、根系分泌物和根際微生物群落對(duì)干旱和動(dòng)態(tài)光的協(xié)同響應(yīng)特征。在極端干旱和高光穩(wěn)態(tài)條件下,兩種植物幼苗的生長(zhǎng)受到抑制,但高光動(dòng)態(tài)能夠緩解高光穩(wěn)態(tài)的副作用。極端干旱處理下,根系分泌物組分在動(dòng)態(tài)光和穩(wěn)態(tài)光之間差異顯著,有機(jī)酸和碳水化合物是決定根際微生物群落變化的主要分泌物成分。根系分泌物與根際微生物之間存在特異性相關(guān)關(guān)系,特定的根系分泌物組分會(huì)招募特異性微生物菌群(如Actinobacteriota)以適應(yīng)干旱和動(dòng)態(tài)光環(huán)境。以上結(jié)果表明,根系分泌物和微生物互作提高了幼苗生長(zhǎng)和抗逆性,強(qiáng)調(diào)了植物與微生物之間的共生關(guān)系對(duì)植物適應(yīng)未來(lái)氣候變化的重要性。該研究為促進(jìn)森林更新與森林生態(tài)系統(tǒng)功能提升提供了重要科學(xué)依據(jù)。
研究結(jié)果以“Variation in seedling growth,root exudates and rhizosphere microbial communities of two temperate tree species under fluctuating light and extreme drought” 為題發(fā)表于Plant and Soil。沈陽(yáng)生態(tài)所特別研究助理謝路路為第一作者,王慶偉研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)優(yōu)秀青年基金、中國(guó)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/10.1007/s11104-025-07878-6

圖1 不同光照和水分處理下植物生長(zhǎng)和根系分泌物-微生物互作的概念模型圖




