中國科學院昆明植物研究所
地区:北京市  广东省  山东省  江苏省  河南省  上海市  河北省  浙江省  香港特别行政区  陕西省  湖南省  重庆市  福建省  天津市  云南省  四川省  广西壮族自治区  安徽省  海南省  江西省  湖北省  山西省  辽宁省  台湾省  黑龙江  内蒙古自治区  澳门特别行政区  贵州省  甘肃省  青海省  新疆维吾尔自治区  西藏区  吉林省  宁夏回族自治区
上海 北京 沈阳 深圳 广州 天津 佛山 杭州 青岛 苏州 香港 太原 呼和浩特 石家庄 长春 南京 合肥 南昌 福州 南宁 武汉 长沙 济南 郑州 成都 西安 兰州 银川 乌鲁木齐 西宁 拉萨 昆明 贵阳 海口 台北 澳门 location
當前位置:首頁 > 新聞動態 > 科研進展
地区:北京市  广东省  山东省  江苏省  河南省  上海市  河北省  浙江省  香港特别行政区  陕西省  湖南省  重庆市  福建省  天津市  云南省  四川省  广西壮族自治区  安徽省  海南省  江西省  湖北省  山西省  辽宁省  台湾省  黑龙江  内蒙古自治区  澳门特别行政区  贵州省  甘肃省  青海省  新疆维吾尔自治区  西藏区  吉林省  宁夏回族自治区
上海 北京 沈阳 深圳 广州 天津 佛山 杭州 青岛 苏州 香港 太原 呼和浩特 石家庄 长春 南京 合肥 南昌 福州 南宁 武汉 长沙 济南 郑州 成都 西安 兰州 银川 乌鲁木齐 西宁 拉萨 昆明 贵阳 海口 台北 澳门
left
新聞動態
地区:北京市  广东省  山东省  江苏省  河南省  上海市  河北省  浙江省  香港特别行政区  陕西省  湖南省  重庆市  福建省  天津市  云南省  四川省  广西壮族自治区  安徽省  海南省  江西省  湖北省  山西省  辽宁省  台湾省  黑龙江  内蒙古自治区  澳门特别行政区  贵州省  甘肃省  青海省  新疆维吾尔自治区  西藏区  吉林省  宁夏回族自治区
科研進展

昆明植物所與蘇黎世聯邦理工學院在植物種間作用對其資源分配策略影響研究方面取得重要進展

文章来源:中國科學院东亚植物多样性與生物地理学重点实验室  |  发布时间:2021-06-29  |  作者:陈建国  |  浏览次数:  |  【打印】 【關閉

 

  植物種間作用研究經過數十年的發展,已經形成了系列重要的研究結論。研究證實,植物種間作用(競爭或協作)對于生態系統中的物種組成、結構及其多樣性維持起著重要作用。特別地,植物種間協作作用的存在,對于高山、極地、幹旱與半幹旱荒漠等極端環境下生態系統的功能穩定性起到了關鍵的作用。例如,在高山極端環境條件下,植物種間協作可以顯著地提升生態系統的物種多樣性物種多樣性與生態系統地面生産力(即生物量)之間存在著顯著的正相關關系。此外,植物種間作用的形式(競爭或協作)、作用強度等受到諸多生物與非生物因素的控制。但是,相关研究结论主要来自于对自然生態系統的研究。在农业生態系統中,尽管已有较多的研究揭示了不同的生产方式(如单作或混作)对于目标物種生物量産出的影響但并未有研究揭示不同的物種組合及其物種间作用对于植物资源分配策略的影响,即,不同物種在单作、混作及不同的混作模式下(即不同物種組合),其资源分配策略如何变化?在混作模式下,不同的物種組合意味着不同的种间作用形式及其强度。那么,不同的混作模式(即不同的物種间作用)如何影响植物对營養繁殖生长的资源分配?繁殖分配(植物分配到繁殖器官的资源量)是植物适合度的关键特征,而种子产量在生产实践中是众多农作物的关键指标。此外,揭示不同的物種混作及其物種间作用关系在不同气候環境脅迫下如何影響作物的資源分配等問題,對于指導農業生産實踐,乃至在指導未來的農業育種方面都有重要的現實意義。 

  針對如上科學問題,近期,中國科學院昆明植物研究所與苏黎世联邦理工学院研究人员创造性地将植物種间协作理论與方法运用于农业生態系統研究,通过对八种不同农作物进行不同的物種組合,即构建不同的物種多样性及物種间作用模式,以相应作物的关键指数(收获指数,harvest index,也可稱作繁殖投入reproductive effort)爲衡量指标研究了相应的物種組合在不同气候及環境脅迫条件下的资源分配策略。研究同时分析了不同的植物功能性状对于相应作物收获指数的影响。结果显示:通过不同物種組合后,相应物種的生物量得到了显著的提高。具体地,当只有两个物種混作时,與单作相比,种子产量在不同气候条件下分别增加了3.4%(西班牙,地中海半幹旱氣候)和21.4%(瑞士,温带湿润气候)。而当四个不同物種混作时,相应的种子产量分别增加了12.7%44.3%。但是,與營養分配相比,繁殖分配的提升幅度要低一些,即,地上部分營養分配从单作到混作的增长比例分别达到了25.8%46%。以上結果說明,通過不同物種組合(即混作,相应作物在生物量累积方面的确产生了种间协作作用,且这种协作作用同时受到了物種特性及气候與環境因子的共同调控。导致种子增量低于營養器官增量的原因可能有两方面,一是物種之间的补偿性效应(complementarity effect),二是取樣效應(sampling effects)。正是由于繁殖增量低于營養增量,导致收获指数从单作到混作呈现降低的趋势,这种趋势又同时受到物種及气候因子的调控。此外,物種之间的关系也并非完全的呈协作关系,因物種組合的不同,部分物種之间的关系也可能呈现竞争作用,导致部分竞争力较弱的物種其收获指数下降更明显。最后,不同的植物功能性状对其收获指数同样存在显著影响,同样地,其作用形式與强度在不同物種之间存在显著差异。 

  相关研究结果爲未来农业生产实践及农业育种中充分考虑植物種间协作作用提供了重要的理论基础。研究结果以Diversity increases yield but reduces harvest index in crop mixtures爲题发表于植物学顶级期刊Nature Plants上。昆明植物所陈建国副研究员爲论文第一作者,孙航研究员爲共同作者,苏黎世联邦理工学院Christian Schob博士爲通讯作者。该研究得到了瑞士國家自然科学基金(PPOOP3_170645)和中國國家留學基金委的資助。 

  文章鏈接 

 

Fig. 1 | Seed yield response to crop diversity. Average seed yield (g m–2) of eight monocultures, 24 different 2-species and 16 different 4-species mixtures planted with eight different annual crop species in 0.25-m2 plots in Switzerland and Spain. Data are mean and 95% CI. n = 762 plots. 

1. 作物种子产量对物種多样性的響應。8個一年生作物在單作、2物種混作(共24种物種組合)和4物種混作(共16种物種組合)及其分别种植于西班牙與瑞士时(种植样方大小爲0.25平方米)的平均种子产量。数据显示爲平均值及其95%置信區間。样本量爲762 

  

Fig. 2 | Crop plant diversity effects on seed yield and vegetative biomass. a,b, Seed yield and vegetative biomass increases compared with monocultures averaged over 24 different two-species and 16 different four-species mixtures. For absolute effect size we show the net effect (g m–2) (a) and for relative effect size the relative yield total (b). n = 1,274 above-ground biomass partitions (seed versus vegetative) in plots of 0.25 m2. Data are mean and 95% CI. 

2. 作物的种植多样性对其种子产量及其營養器官生物量的影响。a, b: 24種不同的2物種混作與16種不同的4物種混作时平均种子产量及營養器官生物量相比于单作时的增加量。绝对效应值展示了作物增产的净效应(/平方米)(a),相對效應值則展示了作物相應的總增産量(b)。样本量爲1274個來自0.25平方米種植樣方裏作物地上部分不同器官(种子和營養器官)的生物量。数据显示爲平均值及其95%置信區間。 

  

Fig. 3 | Harvest index of crop species in response to plant diversity and country. a,b, Harvest index in response to plant diversity and country averaged over all species (a) and for individual crop species (b). Data are mean and 95% CI. n = 4,751 individuals. 

3. 作物收获指数对物種多样性及种植地(國家)的響應。a, b: 所有物種的平均值(a),各物種相应的平均值(b)。数据显示爲平均值及其95%置信區間。样本量爲4751個植株。 

  

Fig. 4 | Relationship of the harvest index of eight crop species with plant functional traits. ae, Differences in the harvest index of eight crop species in mixtures compared with monocultures, as a function of differences in competition intensity (NIntC, (a), vegetative plant height (b), leaf area (c), SLA (d) and LDMC (e)) between mixtures and monocultures. Data are mean and 95% CI. n = 1,637 species in plots of 0.25 m2 

4. 8个作物的收获指数與其相应植物功能性状的相关关系。a-e: 8个作物在混作时的收获指数與其单作时收获指数的差值與相应混作與单作时植物種间竞争强度(a)、植株高度(b)、葉面積(c)、比葉面積(d)及葉片幹物質含量(e)相应差值的相关关系。数据显示爲平均值及其95%置信區間。样本量爲来自0.25平方米樣方裏的1637個植株。 

(責任編輯:李雪)

中國科學院昆明植物研究所

版权所有 Copyright © 2002-2025 中國科學院昆明植物研究所,All Rights Reserved 【滇ICP備05000394號】
地址:中国云南省昆明市蓝黑路132号  邮政编码:650201    點擊這裏聯系我們  手機版  

原本山川 极名草木
地区:北京市  广东省  山东省  江苏省  河南省  上海市  河北省  浙江省  香港特别行政区  陕西省  湖南省  重庆市  福建省  天津市  云南省  四川省  广西壮族自治区  安徽省  海南省  江西省  湖北省  山西省  辽宁省  台湾省  黑龙江  内蒙古自治区  澳门特别行政区  贵州省  甘肃省  青海省  新疆维吾尔自治区  西藏区  吉林省  宁夏回族自治区
上海 北京 沈阳 深圳 广州 天津 佛山 杭州 青岛 苏州 香港 太原 呼和浩特 石家庄 长春 南京 合肥 南昌 福州 南宁 武汉 长沙 济南 郑州 成都 西安 兰州 银川 乌鲁木齐 西宁 拉萨 昆明 贵阳 海口 台北 澳门 地区:北京市  广东省  山东省  江苏省  河南省  上海市  河北省  浙江省  香港特别行政区  陕西省  湖南省  重庆市  福建省  天津市  云南省  四川省  广西壮族自治区  安徽省  海南省  江西省  湖北省  山西省  辽宁省  台湾省  黑龙江  内蒙古自治区  澳门特别行政区  贵州省  甘肃省  青海省  新疆维吾尔自治区  西藏区  吉林省  宁夏回族自治区
上海 北京 沈阳 深圳 广州 天津 佛山 杭州 青岛 苏州 香港 太原 呼和浩特 石家庄 长春 南京 合肥 南昌 福州 南宁 武汉 长沙 济南 郑州 成都 西安 兰州 银川 乌鲁木齐 西宁 拉萨 昆明 贵阳 海口 台北 澳门