入侵植物三裂叶蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)通过根系形态与分泌物协同调控根际微环境促进入侵的机制研究

为解析入侵植物成功定殖的根际机制，研究人员以入侵种三裂叶蟛蜞菊(S. trilobata)和本地种蟛蜞菊(S. calendulacea)为对象，通过温室实验系统比较了根系形态、分泌物及根际微生物组的差异。研究发现入侵种具有更高比例的细根(0-0.5 cm)、更强的有机酸分泌能力(如富马酸、丙酸)及独特的真菌β-多样性，揭示了根-土-微生物互作协同促进入侵的新机制，为入侵植物防控提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，外来植物入侵已成为威胁生态系统安全的重大环境问题。三裂叶蟛蜞菊(Sphagneticola trilobata)作为全球百大恶性入侵种之一，其快速扩张的生态机制尚不明确。传统入侵假说如"进化增强竞争能力假说(EICA)"或"新型武器假说(NWH)"多聚焦单一机制，而实际上植物入侵涉及根系-土壤-微生物多维互作的复杂过程。尤其根际作为物质交换与信号传递的关键界面，其动态调控机制研究仍存在空白。

为系统揭示根际过程在入侵中的作用，中国科学院华南植物园的研究团队通过对比实验，首次从根系形态-分泌物-微生物组三维角度解析了三裂叶蟛蜞菊的入侵策略。研究发现该入侵种通过显著增加细根比例(86.44% vs 本地种46.12%)、提升比根长(SRL)和有机酸分泌量(9种酸含量更高)，重塑根际真菌群落β-多样性，形成"形态-功能-微生物"协同的入侵优势。该成果发表于《Rhizosphere》，为入侵生态学提供了地下生态过程的新视角。

研究采用温室控制实验，通过Li-6800光合仪测定光响应曲线，HPLC分析13种有机酸，Illumina HiSeq2500平台进行16S rDNA和ITS测序，结合WinRhizo根系扫描与PERMANOVA统计方法，系统比较了两物种的生理生态差异。

【植物生长】入侵种表现出显著生长优势：生长速率(0.16 vs 0.09 g d^-1
)、最大净光合速率(Amax 18.6 vs 17.0 μmol m^-2
s^-1
)和暗呼吸速率(Rd)均高于本地种，且具有更大的比叶面积(SLA)和更低根冠比。

【根系形态】直径0-0.5 cm的细根在入侵种中占比达86.44%，其比根长(SRL)显著高于本地种，而粗根(>1.0 cm)比例显著降低。这种"细根策略"扩大了吸收表面积，为养分获取奠定结构基础。

【根分泌物】虽然总有机碳(TOC)无差异，但入侵种分泌的13种有机酸总量更高，其中富马酸、丙酸和柠檬酸含量最丰。这些酸类可能通过螯合金属离子、调控磷有效性等功能改变根际化学环境。

【微生物组】α-多样性无显著差异，但入侵种显著改变真菌β-多样性(R=0.463, P=0.03)。子囊菌门(Ascomycota)在两者中均占主导(>70%)，但属水平组成发生重构，可能与有机酸差异分泌相关。

研究结论指出，三裂叶蟛蜞菊通过"细根增生-有机酸分泌-真菌群落调控"三位一体的根际策略形成入侵优势：1)细根增生提升资源捕获效率；2)有机酸分泌改变根际化学环境；3)真菌β-多样性变化可能反馈促进养分循环。该发现将传统入侵机制从地上竞争拓展至地下生态过程，为理解植物适应性进化提供了新证据。

讨论部分强调，该研究首次在菊科入侵植物中证实根系形态与分泌功能的协同进化，但存在三方面局限：1)分泌物采集方法源自林木研究，草本植物适用性待优化；2)微生物样本量较小可能影响统计效力；3)温室环境需通过野外实验验证。未来研究可结合代谢组学与微生物功能分析，深入解析特定有机酸(如丙酸)与关键菌群(如KD4-96细菌)的互作机制。这些发现不仅为入侵植物早期预警提供生物标记，也为开发基于根际调控的生态修复技术奠定了理论基础。