中国农业大学资环学院新网站 新闻动态 亮文解读 | 解密植物高效获取资源的机制-365电子竞技

  当前位置:365电子竞技首页 > 新闻动态
新闻动态

新闻动态

亮文解读 | 解密植物高效获取资源的机制-根分泌物与地下根属性经济空间
发布日期:2021-12-24浏览次数:字号:[ ]

英文题目:linking root exudation to belowground economic traits for resource acquisition

中文题目:解密植物高效获取资源的机制-根分泌物与地下根属性经济空间

第一作者:温智辉

通讯作者:申建波

文章解读

根系是植物吸收土壤矿质养分和水分的主要器官,光合碳投入是植物高效获取资源的重要驱动力。植物如何协调不同的根功能属性(root functional trait),尤其是根分泌物属性,以促进地下资源的高效获取是国内外植物学、植物营养学和生态学等多学科共同关注的研究热点。近日,中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院申建波教授课题组在植物学领域国际主流期刊new phytologist(if5year = 10. 476)发表了题为“linking root exudation to belowground economic traits for resource acquisition”的研究性综述论文,该论文从根系碳经济(carbon cost-benefit)的角度,全面阐述了基于光合碳分配驱动的根分泌物与其它根功能属性的互作机制,为系统理解植物根功能属性的协同变异以及地下资源获取策略的多样化提供了重要理论支撑。

氮和磷是限制陆地生态系统初级生产力的主要因素。维管植物在长期进化过程中形成了多样化的根功能属性以提高对土壤资源的获取(图1a),这些策略主要包括根形态和根构型属性的响应(如比根长、细根分支强度的增加),根分泌物属性的调节如有机酸阴离子分泌量和磷酸酶活性的增加)以及与菌根形成紧密的共生关系(如菌根侵染率和菌丝密度的增加)。当前,根属性经济空间理论(root economics space)的提出为探索根属性的变异以及地下资源的获取策略提供了新的理论视角。然而,前人关于根系碳经济理论的大部分研究,主要集中在少部分易于测定的根功能属性(如根形态和化学计量属性),强调了根形态与菌根共生(mycorrhizal symbioses)的互补关系,根系分泌物作为地下资源获取的重要策略,伴随着巨大的碳消耗(约占光合作用固碳量的5-21%),仍然是根属性经济空间研究中缺失的重要环节(图1)。因此,将根系分泌物纳入根属性经济空间的理论结构中是全面深入理解地下资源包括土壤养分获取的关键。文章首先突出了根分泌物在提高土壤磷和氮获取中不同的功能作用(图2):土壤磷生物有效性的提高主要依赖于根分泌物驱动的一系列土壤物理化学为主导的活化过程(独立自主型:do-it-yourself);土壤氮的活化则主要依赖于根分泌物诱导的一系列以微生物为主导的活化过程 (合作外包型:outsourcing associated with microbial collaboration)。在此基础上,文章进一步在物种和植物个体的水平上,探讨了根分泌物与根形态和菌根共生属性的相互作用关系,且论证了在缺氮和极度缺磷环境条件下进化的物种,可能采用了不同的分泌物释放模式。最后,文章提出了一个新的理论框架,通过整合以上三类不同的根功能属性以更好的捕捉地下资源获取策略的复杂性(图3)。本研究促进了对根形态、根分泌物和菌根共生属性的整合和动态相互作用的深入理解,为揭示物种共存的机制,进而理解如何通过优化地下相互作用,提高植物-土壤系统管理水平,促进农业绿色可持续发展,提供了有价值的新视角和学术思路。

申建波教授课题组的博士后温智辉博士为该论文的第一作者,申建波教授为通讯作者;本校特聘教授、澳大利亚西澳大学的hans lambers教授,以及英国james hutton institute的philip j. white为本文的共同作者。本项研究工作得到了国家自然科学基金重点和青年基金项目、博管会“博士后国际交流计划”项目以及中国农业大学2115人才培养计划等项目的资助。

原文链接


图文解析

图1. 根分泌物是当前根属性经济空间理论(root economics space)关键的缺失环节。

图2. 根分泌物在获取土壤氮和磷养分时不同的功能作用。

图3. 概念模式图:将根分泌物属性整合到当前的根属性经济空间的理论框架中,以进一步综合理解植物地下资源获取策略。