高通量測(cè)序技術(shù)在破譯亞熱帶森林生物多樣性維持“密碼”的應(yīng)用

森林生物多樣性有著怎樣的維持機(jī)制？來(lái)自中國(guó)科學(xué)院植物研究所的馬克平研究團(tuán)隊(duì)首次結(jié)合亞熱帶森林幼苗更新動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、高通量測(cè)序技術(shù)和鄰居效應(yīng)模型，揭示了不同功能型土壤真菌驅(qū)動(dòng)亞熱帶森林群落多樣性的作用方式，提出了外生菌根真菌與病原真菌互作過(guò)程影響植物生存的物種共存新理論。

亞熱帶常綠闊葉林

亞熱帶常綠闊葉林是我國(guó)獨(dú)特的森林植被類型，在我國(guó)的分布范圍最廣、面積最大、生物多樣性最高，約占我國(guó)國(guó)土面積的1/4，對(duì)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)安全極其重要。歷史上，中國(guó)亞熱帶常綠闊葉林，經(jīng)歷過(guò)頻繁、大規(guī)模的人為干擾，絕大部分原生性植被，特別是低海拔地區(qū)的原生地帶性植被多已消失殆盡，少量保存的原始林也大多破碎化嚴(yán)重，亟需開(kāi)展保護(hù)和修復(fù)。然而，由于對(duì)亞熱帶森林群落多樣性維持機(jī)制缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，如何保育和修復(fù)我國(guó)各類退化亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)面臨著核心理論瓶頸。

論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院植物研究所助理研究員陳磊告訴記者，現(xiàn)在絕大多數(shù) 物種共存理論都是基于熱帶森林提出的，但是亞熱帶和熱帶的森林有著非常顯著的差別，“我們認(rèn)為亞熱帶森林多樣性的形成和維持機(jī)制和熱帶不一樣”，不同于熱帶森林主要由叢枝菌根植物構(gòu)成，亞熱帶森林主要由叢枝菌根植物和外生菌根植物共同構(gòu)成。

研究團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)對(duì)亞熱帶森林群落長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，植物同種密度制約能夠通過(guò)種內(nèi)個(gè)體相互限制，為異種個(gè)體提供生存空間，進(jìn)而促進(jìn)群落植物物種共存。但是，植物同種個(gè)體間相互作用模式，以及同種密度制約的形成機(jī)制并不清楚。

研究人員經(jīng)過(guò)10年的努力，系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了浙江省開(kāi)化縣古田山亞熱帶24公頃森林動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)樣地內(nèi)超過(guò)100個(gè)物種，25,000多株木本植物幼苗。選取了34個(gè)物種，320個(gè)植物個(gè)體，利用高通量測(cè)序技術(shù)測(cè)定了植物根際土壤真菌群落組成。“土壤真菌一般都與植物的根發(fā)生相互作用，根際是他們發(fā)生相互作用最重要的場(chǎng)所，為了揭示真菌和植物的相互作用關(guān)系，我們測(cè)定了植物根際土壤真菌的組成”陳磊說(shuō)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)群落內(nèi)植物種內(nèi)相互作用強(qiáng)度和植物累積不同功能型土壤真菌速度的種間差異進(jìn)行了定量評(píng)估。

分析結(jié)果顯示，植物累積病原真菌和外生菌根真菌的速度在物種間存在顯著差異，并呈顯著負(fù)相關(guān)。同時(shí)，植物累積病原真菌和外生菌根真菌的速度決定了植物種內(nèi)相互作用強(qiáng)度：易被病原真菌侵染的物種往往受到較強(qiáng)的種內(nèi)負(fù)相互作用，而能夠較快與外生菌根真菌形成共生關(guān)系的物種較不易受到種內(nèi)負(fù)相互作用的影響。

此外，基于鄰居效應(yīng)模型開(kāi)展的研究表明，植物菌根類型能夠顯著影響同種植物個(gè)體間的相互作用強(qiáng)度，對(duì)病原菌抵抗能力較弱的叢枝菌根植物更易受到鄰近同種個(gè)體的限制，而能夠與外生菌根形成共生關(guān)系的外生菌根植物卻能夠保護(hù)周圍異種個(gè)體免受同種植物個(gè)體的影響。

該研究首次通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了植物種內(nèi)相互作用強(qiáng)度是由有害的病原真菌和有益的菌根真菌相互作用共同決定的，顛覆了基于病原菌-植物種內(nèi)相互作用的經(jīng)典群落多樣性維持理論，為建立亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)理論、技術(shù)集成和示范提供了重要的科學(xué)基礎(chǔ)。也為正確認(rèn)識(shí)全球變化情境下的亞熱帶森林群落重構(gòu)過(guò)程以及全球木本植物生物多樣性分布格局提供了新思路