Journal of Ecology | 吸收根呼吸对于根经济空间的重要性

文摘   2023-11-30 10:43   澳大利亚  

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通讯作者陈伟乐(浙江大学)
发表时间2023.10.25

原文链接

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2745.14213



为了解释植物种间资源获取策略的差异,学者首先提出了一维的根经济梯度,从细的、廉价的、高氮含量、快速代谢和周转的根系到粗的、低氮含量、代谢和周转慢的根系(快-慢维度,氮(N-组织密度(RTD))。

在此基础上,近期根系与真菌共生的合作维度被提出,即直径大、比根长小的根系更依赖菌根真菌获取养分,而直径小,比根长大的根系依靠自身的土壤探索能力获取养分(合作维度,直径(RD-比根长(SRL))。根经济空间的快-慢维度与菌根真菌合作维度垂直。

根系呼吸被假设属于N-RTD维度,与真菌合作维度垂直。也有研究表明根系呼吸与根系形态相关。目前对根系呼吸的研究主要集中于小于2 mm的细根,直径划分的方式会包括很多木质化的根系。另外,根系呼吸与氮含量的关系研究主要集中于少量亚热带和温带树种。因此,我们需要更多的数据来测试根系呼吸和其它根系性状的关系。

本研究通过对252个树种超过700个植株的吸收根性状调查,提出以下假设:1)根系呼吸属于N-RTD维度;2)根系呼吸与RD-SRL维度相关性弱,这与丛枝菌根真菌的侵染率有关。

结果表明根系呼吸与比根长相关,而与和根系氮含量相关性更弱。可能有以下原因:第一,本研究中大部分物种的根系呼吸速率目前从未有过报导,此外,本研究比其他同类研究包含的物种更多,跨越了广泛的系统发育范围和地理范围,因此与以往的研究结果根系呼吸与其氮含量相关不符。第二,本研究对于根系呼吸测定的方法一致,而其它meta分析的根系呼吸数据来源和测定方法多样。另外,目前以直径划分细根的研究包括了所有小于2 mm直径的根系。吸收细根和运输细根功能不同,其根系氮含量与呼吸的关系可能存在差异。

本研究还发现从真菌根真菌丰度与RD-SRL维度不相关,细根树种(直径小于0.5 mm)可能靠根系本身或/和丛枝菌根真菌(AM)菌丝获取养分。植物种群向细根演化并不代表其菌根真菌丰度降低,演化后的被子植物AM丰度或高或低。因此,本研究不支持直径小的根系菌根侵染率低。



图1.  基于质量的根系呼吸速率与比根长相关(a-c),氮根系呼吸与氮含量关联性弱(d-f)。


图2.  吸收根性状的经济空间。(a)所有物种,(b)丛枝菌根真菌物种,(c)木本丛枝菌根真菌树种,(d)草本植物种。第一轴主要为根系直径(RD),比根长(SRL)和根系呼吸,第二轴为根系组织密度(RTD),氮含量(N)和RDAMF指根系组织中丛枝菌根真菌和根系组织DNA拷贝数的比例。


图3.  吸收根直径与单位根系干重的丛枝菌根真菌丰度(丛枝菌根真菌DNA拷贝数/根系组织DNA拷贝数)的关系。本研究中通过分子方法量化的AM真菌丰度与使用传统显微镜评估确定的AM真菌侵染强度具有显著相关性(P = 0.04)。


图4.  各根经济假说概念图对比。(a)一维根经济谱中,根系呼吸属于快的方向。(b)二维根经济空间中,根系呼吸属于快-慢维度中快的方向。(c)本研究中显示根系性状是二维的,快的根系养分获取策略与比根长相关,第二个维度为丛枝菌根和外生菌根真菌共生树种养分获取策略的差异。


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