植物根系進化和生物地理學研究中取得重大突破

　　在國家自然科學基金項目(項目編號:31325006, 31530011)等資助下，中國科學院地理科學與資源研究所開展的植物根系進化和生物地理學研究取得重要進展。研究成果以“Evolutionary history resolves global organization of root functional traits”(進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》)上在線發(fā)表。馬澤清博士、郭大立 研究員和美國普林斯頓大學Lars O. Hedin教授為共同第一作者，郭大立 和Lars O. Hedin同時也是共同通訊作者，中國科學院地理科學與資源研究所為第一單位。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/nature25783。

　　長期以來，植物進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化過程中如何組織卻鮮為人知。該研究提出一個全新的植物進化理論:在長達4億年的植物進化過程中，地下吸收根朝更加高效(圖a)、獨立的方向進化(圖c)，為物種開拓新的棲息地發(fā)揮了重要作用，促進了植物的傳播和進化。

　　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)，對共生真菌依賴性降低(圖c)，通過該方式，植物單位碳投資獲取養(yǎng)分的效率得以優(yōu)化，從而能夠高效地捕獲稍縱即逝的養(yǎng)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(tǒng)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(jié)性資源供應方式不穩(wěn)定，根系多樣性下降。此外，根的形態(tài)屬性區(qū)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;而草本植物組織密度較低，構建成本低，壽命較短(圖d)。

　　這項工作揭開了植物生存和傳播一些隱秘的“地下規(guī)則”，對于理解植物資源獲取策略、生物地球化學循環(huán)模擬和生物多樣性保護至關重要。該理論解釋了為什么一些古老的粗根物種在進化過程中很難離開穩(wěn)定濕潤的生境，而且容易在進化過程中被淘汰。此外，該理論還可以應用于實際的生態(tài)保護工作，例如防范和管理外來入侵物種，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、中國科學院地理科學與資源研究所 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(xiàn)已因病與世長辭。