国产精品电影一区-最近最新中文字幕1页-国产在视频线精品视频二代-亚洲欧美一级夜夜爽w

熱帶地區樹(shù)木的植物化學(xué)多樣性和植食性更高

西雙版納熱帶植物園 孫露、楊潔 2024-06-27

熱帶地區的生物多樣性為何如此豐富?這個(gè)謎團幾十年來(lái)一直吸引著(zhù)生態(tài)學(xué)家和演化生物學(xué)家。一般來(lái)說(shuō),低緯度熱帶地區的物種數量明顯高于高緯度溫帶地區,尤其是樹(shù)木種類(lèi),從而形成了樹(shù)種豐富度隨緯度降低而單調遞增的趨勢。已有大量研究表明,生物間的復雜互動(dòng),例如植物與昆蟲(chóng)和病原菌等的相互作用,在塑造這種生物多樣性分布格局中起著(zhù)非常重要的作用。特別是在熱帶雨林,專(zhuān)食性昆蟲(chóng)和病原菌通過(guò)同種負密度依賴(lài)效應,極大地促進(jìn)了樹(shù)種在局域尺度的共存。

盡管我們對生物相互作用在塑造緯度梯度生物多樣性分布格局上的重要性有了一定的認識,但許多基礎理論預測仍待驗證。例如,熱帶地區的樹(shù)種由于面臨更強的植食性昆蟲(chóng)選擇壓力(表現為更高的植食率和專(zhuān)食性昆蟲(chóng)的比例),它們是否會(huì )產(chǎn)生出組成和結構各異的代謝產(chǎn)物?進(jìn)一步來(lái)說(shuō),這些代謝產(chǎn)物是否會(huì )在森林的內部和之間形成更加多樣化的分布?而且,在外部環(huán)境因素的影響下,植物體內的代謝產(chǎn)物是否會(huì )迅速演變,從而導致這些代謝產(chǎn)物的演化具有極高的不穩定性?

近日,中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“版納植物園”)森林生態(tài)系統結構、功能與動(dòng)態(tài)研究組與美國圣母大學(xué)的研究團隊合作,針對上述問(wèn)題取得了突破性成果,在國際生態(tài)與進(jìn)化領(lǐng)域頂級期刊Nature Ecology & Evolution上發(fā)表了最新研究成果“Tree phytochemical diversity and herbivory are higher in the tropics”。該研究以課題組長(cháng)期建立的云南省跨氣候帶(西雙版納熱帶、哀牢山亞熱帶和玉龍雪山亞高山溫帶)海拔梯度森林樣方為研究平臺,利用非靶向代謝組學(xué)技術(shù)測定樹(shù)種葉片代謝產(chǎn)物組成,通過(guò)比較代謝組學(xué)、多樣性指數、系統發(fā)育比較分析等分析方法,開(kāi)展群落水平上樹(shù)種化學(xué)多樣性沿環(huán)境梯度的分布規律研究,并結合樹(shù)種葉片的植食率和昆蟲(chóng)食性比例,探究樹(shù)種葉片化學(xué)多樣性格局與植食性選擇壓力的相關(guān)性。

研究發(fā)現,三個(gè)氣候區域(熱帶、亞熱帶和亞高山)的樹(shù)種葉片在代謝產(chǎn)物組成上存在顯著(zhù)性差異。特別是熱帶地區的樹(shù)種,其化學(xué)生態(tài)位空間顯著(zhù)高于亞熱帶和亞高山地區。熱帶地區的樹(shù)種化學(xué)alpha(樣方內)和beta(樣方間)多樣性均為最高,這表明熱帶地區樹(shù)種的代謝產(chǎn)物在組成和結構上的相似性非常低。其中,熱帶地區樣方間的植物代謝產(chǎn)物差異性顯著(zhù)地高于零模型預期,因而推測這種高周轉率可能是熱帶地區樹(shù)種高植物化學(xué)多樣性的關(guān)鍵來(lái)源。相比于其它氣候區域,熱帶地區樹(shù)種面臨著(zhù)更高的植食性昆蟲(chóng)選擇壓力,具體表現為更高的植食率和食性更為專(zhuān)一的昆蟲(chóng)比例。該研究結果不僅提供了關(guān)于跨氣候帶環(huán)境梯度下植物化學(xué)多樣性和植食性昆蟲(chóng)選擇壓力空間分布格局的廣泛證據,而且從化學(xué)生態(tài)學(xué)的角度為我們理解植物的生態(tài)適應策略開(kāi)辟了新的視角,進(jìn)一步拓展了我們對生物多樣性維持機制的理解。

該成果是版納植物園森林生態(tài)學(xué)研究團隊在探討多性狀維度的生態(tài)位分化(Yang et al.,Journal of Ecology,2024;Wang et al.,Journal of Ecology,2022)、熱帶森林植物化學(xué)多樣性對植食性的影響(Wang et al.,Ecology Letters, 2023),以及細根化學(xué)多樣性與根際微生物互作(Zhang et al.,Science of The Total Environment,2024)等多個(gè)前沿領(lǐng)域后,取得的又一重要標志性進(jìn)展。

版納植物園森林生態(tài)系統結構、功能與動(dòng)態(tài)研究組已出站博士后孫露為論文第一作者,楊潔研究員為論文的通訊作者。版納植物園曹敏研究員、美國圣母大學(xué)Nanthan G.Swenson教授、博士研究生何云雲、已畢業(yè)研究生王雪昭博士(現西南林業(yè)大學(xué))和云南民族大學(xué)碩士周翔參與了本項工作。該研究在數據采集和分析過(guò)程中得到了云南西雙版納森林生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站補蚌工作站、哀牢山森林生態(tài)系統國家野外科學(xué)觀(guān)測研究站、麗江森林生態(tài)系統野外科學(xué)觀(guān)測研究站和中國科學(xué)院昆明植物研究所分析測試中心的支持,并得到了中美生物多樣性合作研究項目、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院、云南省、版納植物園“十四五”等項目的資助,在此表示感謝。

圖1 三個(gè)氣候區間整體代謝產(chǎn)物水平的化學(xué)多樣性(alpha和beta)格局。

圖2研究區域內植食性昆蟲(chóng)選擇壓力(植食率和專(zhuān)食性)沿環(huán)境梯度分布格局。