本网讯 近日，资源与环境学院李隆教授课题组在Trends in Plant Science (IF5yr = 20.034)发表了题为“Belowground facilitation and trait matching: two or three to tango?”的观点文章。

生物多样性强化和维持生态系统功能，在草原、森林、农田等陆地生态系统中都得到了证实。然而，植物多样性如何通过地下部的种间促进作用（facilitation）影响生态系统功能，认识并不清楚。本文根据过去20多年课题组在该领域的一系列研究结果，结合国际上相关领域的最新进展，从根系分泌物、信号分子和根系性状可塑性驱动的植物与植物间的直接促进作用，以及植物通过影响土壤微生物和动物组成，进一步改善植物与植物间的间接促进作用论述了地下部促进作用的机制。这些直接和间接促进作用的发生，需要不同植物间及植物-土壤生物间互作过程的匹配，才能使促进作用在生物多样性与生态系统功能关系中发挥重要作用。

图1. 种间促进作用需要地下部过程的匹配

植物之间的直接促进作用可以通过根系分泌物和信号分子介导（图 1）。课题组分别于2007年和2016年发表在美国科学院院刊（PNAS）的结果为这一论点提供了重要证据。在蚕豆/玉米间作体系中，蚕豆根系释放更多的质子和有机酸，局部酸化根际土壤，增加磷的有效性，从而促进相邻玉米磷的吸收。玉米根系分泌物中的类黄酮物质促进了蚕豆结瘤，而小麦和大麦的根分泌物并没有这种促进作用，证明了关键根分泌物介导的种间促进作用。

植物之间的直接促进作用还可以通过性状可塑性产生（图1）。课题组2020年发表在New Phytologist的结果表明，植物种间磷素促进作用的发生不仅需要群落中存在磷活化能力强的施惠植物，还需要磷活化能力弱的受惠植物通过更强的根系性状可塑性来响应邻居的帮助。

植物之间的间接促进作用主要通过根系-土壤生物相互作用产生（图1）。根系分泌物引起的土壤微生物组成和微生物-微生物互作的变化有助于强化植物之间的促进作用。花生-木薯间作中，花生可以通过释放更多的乙烯来响应相邻木薯分泌的氰化物，乙烯既是识别邻居的信号物质，也可以改变花生根际的微生物组成。小麦/蚕豆间作中，小麦根分泌物可以抑制蚕豆根际的病原菌，增加有益微生物，减弱植物-土壤的负反馈。因此，选择特定的物种或同一物种的不同基因型组合来匹配根系表型、微生物功能和植物-土壤反馈是增强种间促进作用的可能途径。

对于生态学家和植物学家而言，如何将生物多样性理论研究中取得的进展应用到可持续生态系统的构建和退化生态系统的修复中，是一个重大挑战。以往研究更多关注通过资源的时空互补性来设计高产群落，本文认为，通过匹配物种/基因型间特定的根系性状、生理过程和土壤生物互作过程，可以最大限度地强化种间促进作用，构建可持续的农田（如间套作、轮作体系）和半自然（如人工林、人工草地）生态系统。

图2. 将生物多样性的理论研究和应用联系起来，通过强化地下部种间促进作用提高生态系统功能

李隆教授课题组于瑞鹏博士为论文第一作者，澳大利亚西澳大学教授Hans Lambers，美国蒙大拿大学Ray Callaway教授和美国加州州立大学洛杉矶分校Alexandra (Sasha) Wright博士为共同作者，李隆教授为通讯作者。本项工作得到国家重点研发计划项目（2016YFD0300202）、国家自然科学基金重点项目（31430014）和973项目（2014CB138801）的资助。

文章链接：

https://www.cell.com/trends/plant-science/fulltext/S1360-1385(21)00201-6