高养分有效性被认为是植物入侵的关键驱动因素。与碳捕获和养分吸收相关的功能性状的内在优势和高可塑性被认为可以帮助入侵植物在养分增加的条件下获得比土著植物更大的生长优势。对于地下养分资源的竞争是入侵植物获得竞争优势的重要条件。然而，根系性状在调节入侵植物响应养分增加的中的作用机制还不清楚。本研究通过为期三年的野外控制实验（Spartina Invasion and Nitrogen Enrichment experiment，SINE实验），对比研究了土著植物芦苇和入侵植物互花米草的根系性状（包括不定根和侧根）对氮添加的可塑性差异，以及根系性状的响应对这两种植物在氮添加条件下的养分吸收和生产力的贡献。

实验结果显示，互花米草在响应氮添加时表现出较高的根系性状可塑性，而芦苇的根系性状对氮添加的响应很弱（图1）。在氮添加的条件下，互花米草虽然降低了吸收性侧根的长度分配，但是其根系性状变得更具获取性，表现为更高的根氮含量和更低的根组织密度（图2）。

▲图1 | 芦苇和互花米草根系性状响应氮添加的可塑性指数。

▲图2 | 芦苇和互花米草根系性状对氮添加的响应及对地上生物量的贡献。

此外，氮添加使得互花米草的运输性不定根的直径、中柱-皮层比和木质部导管占比增加（图2），反映出更强的根系养分运输能力。一系列的根系性状的可塑性响应优化了互花米草的养分吸收和运输效率（图3），支持了其在富氮条件下的更高生物量累积（图4）。

▲图3 | 氮添加对芦苇和互花米草氮素吸收的影响。

▲图4 | 氮添加对互花米草根系性状、养分吸收和地上生物量的影响示意图。

本研究表明更高的根系性状可塑性可以帮助入侵植物充分利用养分有效性的增加，增强生长表现和入侵性。研究强调，考虑地下根系过程可以提高对全球环境变化背景下的植物入侵机制的认识。

复旦大学生命科学学院博士后刘浩为本论文第一作者，聂明教授为通讯作者。复旦大学博士生张研，云南大学徐晓副教授，复旦大学李颂硕博士、兰州大学吴纪华教授和云南大学李博教授为论文共同作者。本研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市优秀学术/技术带头人计划等项目资助。

论文信息

标题：Root plasticity benefits a global invasive species in eutrophic coastal wetlands

期刊：Functional Ecology

类型：Research Article

作者：刘浩, 张研, 徐晓, 李颂硕, 吴纪华, 李博, & 聂明*

时间：2023-10-13

DOI：https://doi.org/10.1111/1365-2435.14452