植物根系進(jìn)化和生物地理學(xué)研究中取得重大突破

　　在國家自然科學(xué)基金項目(項目編號:31325006, 31530011)等資助下，中國科學(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(cháng)期以來(lái)，植物進(jìn)化理論框架主要基于對葉片、花等地上部分的認識，而對地下部分根系結構和功能在進(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(cháng)達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，傾向于更加靈活的構建方式(圖a)，對共生真菌依賴(lài)性降低(圖c)，通過(guò)該方式，植物單位碳投資獲取養分的效率得以?xún)?yōu)化，從而能夠高效地捕獲稍縱即逝的養分和水分資源，增強了植物對環(huán)境的適應與存活能力。在水分供應充足的熱帶雨林，根的設計對水力安全性考慮較低，細根和粗根物種共存，很多系統發(fā)育較古老的物種得以保存(圖b);而在水分脅迫較強的草原和荒漠，由于季節性資源供應方式不穩定，根系多樣性下降。此外，根的形態(tài)屬性區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較粗，組織密度略高，因而壽命長(cháng);而草本植物組織密度較低，構建成本低，壽命較短(圖d)。

　　這項工作揭開(kāi)了植物生存和傳播一些隱秘的“地下規則”，對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)穩定濕潤的生境，而且容易在進(jìn)化過(guò)程中被淘汰。此外，該理論還可以應用于實(shí)際的生態(tài)保護工作，例如防范和管理外來(lái)入侵物種，那些根較細、效率較高的植物很可能成為入侵種。

　　值得一提的是，這項成果凝結了論文共同第一作者兼共同通訊作者、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 郭大立 研究員畢生對根系結構和功能的探索。令人扼腕的是，郭大立 研究員現已因病與世長(cháng)辭。