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橫斷山作為全球重要的生物多樣性熱點地區之一，是眾多高山和亞高山植物的分化中心，區域內大量近緣物種常分布于同一局域群落中，孕育出獨特且復雜的生態系統，但這些物種長期穩定共存背后的生態與進化機制仍不清楚。限制相似性假說（limiting similarity）認為近緣物種能夠通過在關鍵生態位上的分化達到穩定共存。然而，以往的研究更多地聚焦于更易觀測的地上植物本身，對地下微生物如何影響物種共存機制的研究不足。在自然生態系統中，植物通常能夠與共生真菌形成互利共生的菌根結構，影響植物體與養分吸收等重要生態過程，但共生真菌在促進近緣物種共存中的作用仍不清楚。杜鵑花類菌根（Ericoid mycorrhiza，ErM）特指杜鵑花屬（Rhododendron）、歐石楠屬（Calluna）和越橘屬（Vaccinium）等杜鵑花科（Ericaceae）植物與真菌形成的專性共生結構，相比于叢枝菌根（arbuscular mycorrhiza,AM）和外生菌根（ectomycorrhiza,EcM）結構，其具有更高的宿主特異性。杜鵑花屬是橫斷山植物區系中的第一大屬，物種多樣性豐富，又是ErM類菌根植物的典型代表，其在局域尺度內常形成多個近緣種共存的群落格局，是探究山地生態系統中菌根真菌如何影響近緣物種共存的理想對象。然而，我們對ErM菌根真菌如何介導杜鵑花屬植物物種共存與維持等問題的認識十分有限，亟待回答。 中國科學院昆明植物研究所高連明研究組和李德銖研究組，依托高黎貢山南段建立的海拔梯度森林群落樣帶（GMT），長期開展群落構建和生物多樣性-生態系統功能關系研究。在前期研究工作的基礎上（如Luo?et al.?2023,?Journal of Biogeography；Ma?et al.?2024,?Science of the Total Environment；Luo?et al.?2024,?New Phytologist），研究團隊最近以GMT樣帶中不同海拔梯度分布的20種杜鵑花屬植物為研究對象，整合系統發育信息、功能性狀、菌根真菌群落數據以及環境數據，運用群落與集合群落分析方法，深入探討了植物地上部分生態位分化與地下部分真菌群落分化如何影響近緣物種的共存（圖1）。研究結果表明，海拔和宿主對ErM真菌的α多樣性均有顯著影響（圖2），宿主植物特性是ErM真菌群落組成差異的主導因素。群落生態學分析表明，杜鵑花屬植物在不同海拔梯度群落中往往表現出系統發育和功能性狀上趨同，表明親緣關系相近的物種偏好相似的生態位。然而，即便在同一群落中，不同杜鵑花屬物種根系內的ErM真菌群落仍表現出明顯的差異，這種差異在高海拔地區尤為顯著。更值得關注的是，隨著海拔升高，杜鵑花屬物種與菌根真菌之間的互作網絡表現出更高的專一性（圖3），也即杜鵑花屬植物與ErM真菌的互作關系更加特化。這表明，在復雜的山地環境中，植物—菌根真菌的穩定共生關系可能是維持近緣物種共存的重要生態機制，在將來生物多樣性保護中需要同時對宿主植物和及其共生的菌根真菌予以關注。該研究首次揭示了生物多樣性熱點地區的杜鵑花屬群落中根系真菌群落組成與互作網絡特化程度的驅動因素，明晰了菌根真菌在近緣物種共存與多樣性維持中的重要作用。這一研究發現不僅拓展了人們對植物多樣性維持機制的理解，也為生物多樣性熱點地區的生態系統保護提供了重要的科學支撐。 目前，相關成果以Ericoid mycorrhizal fungal metacommunity facilitates closely related?Rhododendron?species coexistence為題，發表于植物學國際主流期刊?New Phytologist。昆明植物所羅亞皇副研究員和馬梁梁博士為論文第一作者，高連明研究員、李德銖教授（現山東農業大學）和劉杰研究員為共同通訊作者。加拿大多倫多大學?Marc W. Cadotte?教授、德國德累斯頓工業大學?Sebastian Seibold?教授和鄒佳運博士、景德鎮學院葉林江博士、昆明植物所已畢業的博士生譚少林、鄭偉、宋潔，以及在讀博士研究生莫智瓊和碩士研究生郁彬、李彩云和錢永輝等參與了此項研究。該研究得到國家自然科學基金（32471621，32071541）、中國科學院戰略性先導專項（B類）（XDB31000000）、中國科學院青年創新促進會（2021392）、云南省“興滇英才”青年人才計劃（XDYC-QNRC-2022-0026）、科技部基礎資源調查專項（2021FY100200）、中國科學院“從0到1”原始創新項目（ZDBS-LY-7001）和“西部之光”人才計劃的資助。在項目實施過程中，研究團隊得到了高黎貢山國家級自然保護區保山管護局及其隆陽分局和騰沖分局的長期支持。
圖1?山地生態系統中杜鵑花屬植物的共存(a)、其局域群落過程?(b)?以及與ErM真菌共生的集合群落過程?(c–d)?的科學假設與預測
圖2?杜鵑花屬物種的系統發育關系(a)以及它們在海拔梯度群落中的分布(b)及杜鵑花類菌根真菌的α多樣性(c-d)
圖3?沿海拔梯度的杜鵑花屬植物–杜鵑花類菌根真菌互作網絡?(a–c)，以及網絡特化程度?(d)?與寄主特化程度?(e)?的變化 |
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