高通量測序技術(shù)在破譯亞熱帶森林生物多樣性維持“密碼”的應(yīng)用
亞熱帶常綠闊葉林
亞熱帶常綠闊葉林是我國獨特的森林植被類型，在我國的分布范圍最廣、面積最大、生物多樣性最高，約占我國國土面積的1/4，對我國生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)安全極其重要。歷史上，中國亞熱帶常綠闊葉林，經(jīng)歷過頻繁、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，亟需開展保護和修復(fù)。然而，由于對亞熱帶森林群落多樣性維持機制缺乏足夠的認(rèn)識，如何保育和修復(fù)我國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。
研究團隊前期通過對亞熱帶森林群落長期動態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，植物同種密度制約能夠通過種內(nèi)個體相互限制，為異種個體提供生存空間，進而促進群落植物物種共存。但是，植物同種個體間相互作用模式，以及同種密度制約的形成機制并不清楚。
研究人員經(jīng)過10年的努力，系統(tǒng)監(jiān)測了浙江省開化縣古田山亞熱帶24公頃森林動態(tài)監(jiān)測樣地內(nèi)超過100個物種，25,000多株木本植物幼苗。選取了34個物種，320個植物個體，利用高通量測序技術(shù)測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所，為了揭示真菌和植物的相互作用關(guān)系，我們測定了植物根際土壤真菌的組成”陳磊說。在此基礎(chǔ)上，對群落內(nèi)植物種內(nèi)相互作用強度和植物累積不同功能型土壤真菌速度的種間差異進行了定量評估。
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，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)相互作用強度：易被病原真菌侵染的物種往往受到較強的種內(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)模型開展的研究表明，植物菌根類型能夠顯著影響同種植物個體間的相互作用強度，對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周圍異種個體免受同種植物個體的影響。
該研究首次通過實驗證明了植物種內(nèi)相互作用強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)識全球變化情境下的亞熱帶森林群落重構(gòu)過程以及全球木本植物生物多樣性分布格局提供了新思路
