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生命与环境科学学院肖春旺教授团队在植物根系分泌物研究领域取得重要进展

【来源: | 发布日期:2021-08-15 】

近日,我校生命与环境科学学院肖春旺教授团队在中央民族大学呼伦湖保护区草原生态试验站开展的氮沉降和降水模式改变对草原植被根系分泌物影响研究取得了重要进展,研究成果以“Greater soil water and nitrogen availability increase C : N ratios of root exudates in a temperate steppe”为题于2021年8月11日在线发表在国际土壤学领域主流期刊《Soil Biology and Biochemistry》(土壤学领域排名第一,5年IF:8.3)上。论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071721002571

人类活动(如化石燃料燃烧和农业施肥等)导致了全球氮沉降的增加。据相关研究预测,全球降水模式将在未来发生变化——亚热带和中纬度地区的降水将减少,而热带和高纬度地区的降水将增加。氮沉降和降水模式的同步变化会对植物生长和地下碳分配产生复杂的交互影响,改变植物–土壤–微生物的相互作用,并导致碳氮循环过程的变化,从而对生态系统功能产生重大影响。根系分泌物可以通过影响土壤的碳输入来调节土壤微生物的活动,进而影响土壤有机碳的形成和稳定,这在未来全球气候变化的背景下尤为重要。然而,目前关于氮沉降和降水模式的改变对植物根系分泌物的碳、氮分泌速率以及C : N化学计量比率的影响仍不清楚。

基于此,肖春旺教授团队在中央民族大学呼伦湖保护区草原生态试验站开展了相关研究,以该地区优势物种克氏针茅(Stipa krylovii)和多根葱(Allium polyrhizum)为研究对象,重点探讨2个问题:植物根系分泌物的C、N分泌速率以及C : N化学计量比如何响应土壤水和氮供应的改变?根系分泌物分泌速率的响应是否与植物生长的变化密切相关?研究结果表明,根系分泌物中N分泌速率的变化对降雨和氮处理的反应比C分泌速率的变化更敏感。加N及其与降雨处理的交互作用使N分泌速率下降了4 ~ 18%,C:N比率增加了8 ~ 27%。在降雨量减少时,模式相反。此外,根部C分泌速率的变化对降雨和氮处理的反应与植物生物量的变化没有关系,而根系N分泌速率随着植物生物量的增加而减少,导致根系分泌物C:N的总体增加。总体来说,该研究结果揭示了根系分泌物C:N比率在应对资源变化过程中的可塑性,对于理解植物–土壤–微生物的相互作用和环境变化下的生态系统功能有重要意义。

图1 (a)表示实验设计的实体布局图;(b)表示降雨减少和增加处理所导致的土壤含水量(%)的变化;(c)图表示氮添加处理导致土壤可利用氮含量的变化

图2克氏针茅(Stipa krylovii)和多根葱(Allium polyrhizum)根系分泌物C、N分泌速率和C:N比率在不同的氮和降水处理下的变化

图3植物地上生物量的变化与根部C、N分泌速率以及根部渗出物的C:N比率变化之间的关系

生命与环境科学学院2019级博士研究生李超为本论文第一作者。肖春旺教授和耶鲁大学生态与进化生物学系周勇博士为通讯作者。这项研究得到了国家自然科学基金(NO. 31770501)和学校创新团队项目(NO. 2020 CXTD 02)的资助。

肖春旺教授,博士生导师,2017年从中科院植物所引进的高层次优秀人才,现任中央民族大学呼伦湖草原生态试验站站长;长期从事全球变化与陆地生态系统关系研究,重点探讨陆地生态系统地下有机碳循环及机制;在New Phytologist,Soil Biology and Biochemistry,Renewable and Sustainable Energy Reviews,Trends in Ecology and Evolution,PNAS,Global Change Biology,Oikos,Tree Physiology,Biogeosciences,Plant and Soil等国内外期刊上发表论文80多篇,主持国家自然基金项目、中国科学院知识创新工程重要方向项目课题、科技部国家重点研发计划项目专题等共计15项。