科研成果

生物入侵是全球性重要生态环境问题之一，严重影响生态和粮食安全。揭示植物入侵机制是入侵生态学的核心内容。很多研究发现，可与80%以上的陆生植物形成共生关系的丛枝菌根真菌（AMF）对植物入侵具有很强的促进作用，据此提出的“促进共生假说”已经成为学术界解释植物成功入侵的重要理论。然而，入侵植物与AMF共生互惠关系如何演化？共生能力增强的原因在哪里？目前并不清楚。最近，河南大学丁建清教授团队研究表明，入侵植物种群根系分泌物中化学信号物质变化对AMF-植物互作及其对植物入侵能力的增强发挥重要作用。研究成果以“Increasing flavonoid concentrations in root exudates enhance associations between arbuscular mycorrhizal fungi and an invasive plant”为题，在Nature旗下的子刊The ISME Journal上发表（DOI:10.1038/s41396-021-00894-1，https://www.nature.com/articles/s41396-021-00894-1.pdf）。

在此工作中，研究人员首先通过同质园实验，比较了外来入侵植物乌桕的入侵种群（美国种群）与原产地种群（中国种群）与AMF的互惠关系，发现入侵种群建立了更强的互惠关系（菌根真菌寄生率高，植物生物量大），化学分析同时发现入侵种群根系分泌物中类黄酮（槲皮素和斛皮苷）含量高于原产地种群。因为槲皮素和槲皮苷是两种广为报道的对AMF侵染具有促进作用的化学信号物质，所以该实验结果暗示了根系分泌物和类黄酮变化对植物-AMF互惠关系具有很强的影响；而后进行的根系分泌物添加实验便证明了，入侵种群根系分泌物比原产种群根系分泌物具有更强的促进AMF生长的作用，而活性炭添加实验则从再次反向验证了根系分泌物中活性代谢物对AMF-入侵植物互作的作用；最后，为了证实根系分泌物中类黄酮的作用，又进行了添加槲皮素和斛皮苷对AMF寄生率的实验以及室内孢子萌发实验，最终发现入侵种群中较高浓度的槲皮素是导致入侵种群AMF寄生率提高的原因。该研究运用化学生态学理论和技术，不仅从植物与菌根真菌互作演化角度成功阐明了“促进共生假说”的机理，深入揭示了植物入侵机制，还将为深入探究根系分泌物对植物与土壤微生物互作关系演化及机制提供了新的视角。

河南大学为该成果的唯一第一和通讯作者单位。丁建清教授为通讯作者，我校教师田宝良和博士生裴颖春为共同第一作者；美国莱斯大学的Evan Siemann教授和中国科学院武汉植物园的黄伟研究员参加了此项研究。研究得到了国家重点研发项目（YFC20171200100）和国家自然科学基金项目（31971558，31770414，31600300）的资助。

丁建清教授团队长期致力于植物-昆虫互作关系与植物入侵机制研究。近年来，该团队在植物-微生物互作关系研究中也陆续取得了系列进展，通过与国内外同行的合作，相关研究成果在The ISME Journal (2015, 2018)、Functional Ecology (2019) 、Plant and Soil (2020) 以及AoB Plants (2020）等发表，为目前正在开展的“入侵植物-昆虫-土壤微生物”三者互作研究奠定了良好的基础。The ISME Journal（The International Society for Microbial Ecology）是Nature出版集团子刊，也是Nature Index期刊，在国际生态学领域和微生物领域属TOP期刊（5/169 Ecology，10/136 Microbiology），最新影响因子为9.18。