丁建清课题组在全球变化对麦田生态系统影响领域取得系列进展

　　

全球变暖与生物入侵是全球变化的重要内容，对我国农业和生态安全造成严重威胁。阐明全球变化对麦田生态系统的影响，对于防控生物入侵、保障粮食和生态安全具有重要意义。近日，在国家重点研发计划、国家自然科学基金和河南省重大公益专项等资助下，生命科学学院丁建清课题组在上述领域取得系列重要进展。

以小麦重要害虫麦蚜为对象，在洲际水平、长时间尺度上研究了全球变暖和农业实践活动对麦蚜种群动态的影响。通过文献搜集，分析了近50年中国和欧洲麦蚜种群变化趋势，并研究了与麦蚜生长发育密切相关的温度、化肥、杀虫剂、天敌和土地利用等影响因子在近50年的变化。结果表明，近50年每百株麦蚜数量在中国呈显著上升，而在欧洲呈显著降低的趋势。进一步分析表明，近50年来，中国的化肥、杀虫剂使用量和土地利用强度呈逐年升高趋势，天敌数量呈逐年下降趋势；欧洲的化肥、杀虫剂使用量和土地利用强度呈逐年下降趋势，天敌数量呈逐年上升趋势，这可能是影响麦蚜种群变化差异的重要因素。尽管近50年来，气温在中国和欧洲都呈上升趋势，但没有直接证据表明气温升高影响了麦蚜的种群数量变化。研究结果对于揭示全球变化下影响麦蚜发生的生物和非生物因素，指导农业害虫的综合防控具有重要的理论和实践意义。该研究以Multidecadal, continent-level analysis indicates agricultural practices impact wheat aphid loads more than climate change为题发表在国际知名期刊Communications Biology。孙晓副教授为论文第一作者，丁建清教授为通讯作者。

 

图1. 1970-2017年中国和欧洲麦蚜种群动态变化及相关影响因子的概念图

 

该团队同时研究了增温对土壤细菌、真菌和丛枝菌根真菌群落和小麦生物量和品质的影响。研究结果发现作物生长显著影响细菌和真菌群落的生物多样性，并且降低核心物种的丰度。然而，虽然增温对三种微生物群落的生物多样性无显著影响，但是增温显著提高网络的复杂性和核心物种的丰度。同时还发现这些受到温度影响的核心物种与小麦籽粒的生物量和品质密切相关。该研究从土壤-植物反馈的角度，阐释了气候变暖对小麦土壤生态系统的影响机制。研究成果以Climate warming alters the soil microbial association network and role of keystone taxa in determining wheat quality in the field为题发表在国际知名期刊Agriculture, Ecosystems and Environment上。田宝良副教授为论文第一作者，时玉副教授为通讯作者。

 

图2. 关键土壤微生物群落与小麦品质的相关性分析

 

研究了小穗内种子位置效应对麦田外来有害植物节节麦的影响。对节节麦小穗内上中下3个位置种子进行形态和行为研究，发现3个位置种子形态和行为存在显著差异：小穗上部和中部种子相对细长、快速萌发，株高和每分蘖小穗数较高，而幼苗存活率、单株分蘖数、每小穗种子数和单株种子数较低，属于“高风险”策略，有助于在适宜条件下迅速扩大种群；小穗下部种子相对宽短，缓慢萌发，株高和每分蘖小穗数较低，而幼苗存活率、单株分蘖数、每小穗种子数和单株种子数较高，属于“低风险”策略，有助于在不适条件下保证物种存活。这种小穗内种子位置效应有助于增强物种适应性，扩大其分布范围，从而有助于入侵。研究结果以Seed position in spikelet as a contributing factor to the success of the winter annual invasive grass Aegilops tauschii为题发表在Frontiers in Plant Science。博士研究生王爱波为第一作者，丁建清教授为通讯作者。

图3. 节节麦的复穗状花序、小穗及其种子示意图

 

论文链接：

1 https://www.nature.com/articles/s42003-022-03731-z

2 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167880921005211

3 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.916451/full