植物根系進(jìn)化和生物地理學(xué)研究中取得重大突破

　　在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):31325006, 31530011)等資助下，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所開(kāi)展的植物根系進(jìn)化和生物地理學(xué)研究取得重要進(jìn)展。研究成果以“Evolutionary history resolves global organization of root functional traits”(進(jìn)化歷史詮釋了全球根功能屬性的組織方式)為題于2018年2月21日在Nature(《自然》)上在線(xiàn)發(fā)表。馬澤清博士、郭大立 研究員和美國(guó)普林斯頓大學(xué)Lars O. Hedin教授為共同第一作者，郭大立 和Lars O. Hedin同時(shí)也是共同通訊作者，中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所為第一單位。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/nature25783。

　　長(zhǎng)期以來(lái)，植物進(jìn)化理論框架主要基于對(duì)葉片、花等地上部分的認(rèn)識(shí)，而對(duì)地下部分根系結(jié)構(gòu)和功能在進(jìn)化過(guò)程中如何組織卻鮮為人知。該研究提出一個(gè)全新的植物進(jìn)化理論:在長(zhǎng)達(dá)4億年的植物進(jìn)化過(guò)程中，地下吸收根朝更加高效(圖a)、獨(dú)立的方向進(jìn)化(圖c)，為物種開(kāi)拓新的棲息地發(fā)揮了重要作用，促進(jìn)了植物的傳播和進(jìn)化。

　　從熱帶雨林到荒漠，植物吸收根直徑整體在變細(xì)，傾向于更加靈活的構(gòu)建方式(圖a)，對(duì)共生真菌依賴(lài)性降低(圖c)，通過(guò)該方式，植物單位碳投資獲取養(yǎng)分的效率得以?xún)?yōu)化，從而能夠高效地捕獲稍縱即逝的養(yǎng)分和水分資源，增強(qiáng)了植物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)與存活能力。在水分供應(yīng)充足的熱帶雨林，根的設(shè)計(jì)對(duì)水力安全性考慮較低，細(xì)根和粗根物種共存，很多系統(tǒng)發(fā)育較古老的物種得以保存(圖b);而在水分脅迫較強(qiáng)的草原和荒漠，由于季節(jié)性資源供應(yīng)方式不穩(wěn)定，根系多樣性下降。此外，根的形態(tài)屬性區(qū)別主要在于木本植物和草本植物之間;木本植物根直徑相對(duì)較粗，組織密度略高，因而壽命長(zhǎng);而草本植物組織密度較低，構(gòu)建成本低，壽命較短(圖d)。

　　這項(xiàng)工作揭開(kāi)了植物生存和傳播一些隱秘的“地下規(guī)則”，對(duì)于理解植物資源獲取策略、生物地球化學(xué)循環(huán)模擬和生物多樣性保護(hù)至關(guān)重要。該理論解釋了為什么一些古老的粗根物種在進(jìn)化過(guò)程中很難離開(kāi)穩(wěn)定濕潤(rùn)的生境，而且容易在進(jìn)化過(guò)程中被淘汰。此外，該理論還可以應(yīng)用于實(shí)際的生態(tài)保護(hù)工作，例如防范和管理外來(lái)入侵物種，那些根較細(xì)、效率較高的植物很可能成為入侵種。

　　值得一提的是，這項(xiàng)成果凝結(jié)了論文共同第一作者兼共同通訊作者、中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 郭大立 研究員畢生對(duì)根系結(jié)構(gòu)和功能的探索。令人扼腕的是，郭大立 研究員現(xiàn)已因病與世長(zhǎng)辭。