亚热带常绿阔叶林是我国独特的森林植被类型,在我国的分布范围最广、面积最大、生物多样性最高,约占我国国土面积的1/4,对我国生态文明建设和生态安全极其重要。种间负密度依赖性(Conspecific negative density dependence,CNDD)可以为异种个体提供生存空间,进而促进群落植物物种共存。病原体对当地树木邻居的多样性具有促进作用。然而,植物同种个体间相互作用模式以及同种密度制约的形成机制并不清楚。由于对亚热带森林群落多样性维持机制缺乏足够的认识,如何保育和修复我国各类退化亚热带森林生态系统面临着核心理论“瓶颈”。
中国科学院植物研究所马克平团队与微生物研究所等单位合作,首先对浙江省开化县古田山24公顷样地内连续9年幼苗存活监测数据进行了分析,基于邻居效应模型,发现同种密度制约的强度主要受植物菌根类型影响,丛枝菌根植物更易受到同种邻居密度限制,而外生菌根植物邻居却能够保护异种个体免受同种密度制约的影响。随后,研究人员通过选取34个物种320个植物个体,利用分子生物学技术对植物根际土壤真菌群落组成进行测定发现,在树木生长过程中,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度在物种间存在显著差异,并呈显著负相关。进一步研究表明,植物累积病原真菌和外生菌根真菌的速度与同种植物幼苗密度制约强度密切相关:受同种密度制约限制较大的物种更容易累积病原真菌,而能够较快累积外生菌根真菌的植物物种不易受到同种密度制约的限制。与病原菌驱动的经典物种共存理论不同,实验证明了植物同种密度制约是由有害的病原真菌和有益的菌根真菌相互作用共同决定的,而非单一类群作用的结果。
该研究首次揭示了不同功能型土壤真菌驱动亚热带森林群落多样性的作用模式,成功破译了亚热带森林生物多样性维持“密码”,提出了基于外生菌根真菌与病原真菌互作过程影响植物生存的物种共存新模式,颠覆了基于病原菌-植物互作的经典物种共存理论。相关研究成果于2019年10月4日在Science以Report形式发表。