叶片锰浓度揭示澳大利亚东南部桃金娘科植物的磷获取策略与性状多样化

针对贫磷土壤中菌根植物如何获取磷的科学难题，西澳大利亚大学等机构研究人员通过测定34种桃金娘科植物叶片锰浓度([Mn])，发现菌根植物桃金娘科通过羧酸盐(carboxylate)释放实现磷获取，挑战了非菌根植物专属磷获取策略的传统认知，为理解贫磷生态系统植物适应性进化提供了新视角。

　　

在澳大利亚这片古老的大陆上，贫磷土壤塑造了独特的植物适应性进化。长期以来，非菌根植物如山龙眼科(Proteaceae)和莎草科(Cyperaceae)通过释放羧酸盐(carboxylate)获取磷的策略备受关注，而菌根植物桃金娘科(Myrtaceae)尤其是桉树(eucalypts)在贫磷环境中的生存机制却始终成谜。这个科学谜题背后，隐藏着植物营养获取策略进化的重要规律——在贫磷环境中，菌根植物是否必须依赖真菌共生体获取磷？西澳大利亚大学的研究团队通过创新性地利用叶片锰浓度([Mn])作为生物标记，揭开了这个困扰学界多年的谜题。

研究团队采用多学科交叉方法开展系统研究：1) 在澳大利亚东南部18个地点采集34种桃金娘科植物叶片及土壤样本；2) 使用ICP-MS和ICP-OES技术测定叶片及土壤元素含量；3) 通过系统发育信号分析评估性状进化模式；4) 采用BAMM模型分析物种形成速率与叶片性状的关联。所有样本分析均在澳大利亚南十字星大学环境分析实验室完成。

【土壤特性与磷限制】研究发现所有样点土壤pH<5.0，有效磷(Olsen P)普遍低于2 mg kg^-1
，仅为全球平均值的10-15%。叶片N:P比平均达28，远高于磷限制阈值(16-20)，证实研究区域存在严重磷限制。特别值得注意的是Kuring-Gai Chase国家公园1号样点，其土壤总磷(313 mg kg^-1
)虽为区域内最高，仍仅为全球平均值的一半。

【叶片锰浓度揭示磷获取策略】研究创新性地利用[Mn]作为羧酸盐释放的替代指标，发现：1) 所有6种苹果属(Angophora)植物[Mn]显著高于阴性对照，其中5种甚至超过阳性对照(山龙眼科植物)；2) 22种桉属(Eucalyptus)中77%(17种)[Mn]显著高于阴性对照，7种超过阳性对照；3) 两种高桉属(Gaudium)在7个样点中[Mn]均显著高于对照。这些结果首次证实菌根植物桃金娘科广泛存在羧酸盐介导的磷获取策略。

【属间差异与进化模式】研究发现显著的属间差异：苹果属平均[Mn](>1000 mg kg^-1
)显著高于桉属，而桉属内部也存在10倍差异(E. tereticornis 1166 mg kg^-1
vs E. umbra 63 mg kg^-1
)。系统发育分析显示叶片[P]和[Mn]的进化信号较弱(Blomberg's K<1)，表明这些性状在桃金娘科中多次独立进化。相关性分析发现苹果属[Mn]与[Fe]高度相关(r=0.81)，暗示其独特的铁锰协同吸收机制。

【生态与进化意义】这项发表在《Annals of Botany》的研究具有多重重要意义：1) 挑战了"羧酸盐释放是非菌根植物专属策略"的传统认知，首次在菌根植物中发现类似机制；2) 揭示桃金娘科植物通过性状多样化(特别是磷获取策略分化)实现生态位分化；3) 为理解澳大利亚东南部植物群落构建提供了新视角；4) 建立的[Mn]指标为全球贫磷生态系统研究提供了普适性框架。研究还发现，与山龙眼科类似，低叶片[P]与较高物种形成速率相关，暗示贫磷适应可能驱动植物多样化。

这项研究由西澳大利亚大学的Li Yan、Hans Lambers等学者完成，他们通过跨学科合作，将植物生理学、生态学和进化生物学有机结合，为解决"菌根植物在贫磷环境中如何生存"这一核心科学问题提供了全新答案。研究不仅深化了对植物营养策略进化的理解，也为全球变化背景下森林生态系统管理提供了理论依据，特别是在应对日益加剧的磷限制挑战方面具有重要指导价值。