植物叶片病害垂直分布格局：生物营养型病原体感染与气候因子的互作机制

兰州大学团队通过跨中国三大草原生态系统的调查，揭示了生物营养型(biotrophic)与坏死营养型(necrotrophic)病原体在叶片垂直分布(AUDHC)的差异规律，发现温度(MAT)和降水(MAP)通过调控气孔开闭显著影响病害位置，为气候变化下植物病害防控提供了生态学依据。

　　

在广袤的草原生态系统中，植物叶片上那些看似微小的病斑背后，隐藏着病原体与宿主间精妙的生存博弈。传统研究多关注病害水平传播，却忽视了垂直空间分布这一关键维度——叶片从基部到顶端的不同感染高度（disease position）如何影响植物光合效率、种群竞争力和生态系统功能？尤其在全球气候变化背景下，温度升高和降水格局改变是否会重塑病害的垂直分布版图？这些问题成为兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室团队开展这项开创性研究的出发点。

研究团队历时一年对中国三大典型草原区（青藏高原、内蒙古高原和华北平原）333个样点进行系统调查，采集3,775份染病植物样本，涵盖6种植被类型和4大类叶部真菌病害（白粉病powdery mildew、锈病rust、叶斑病leaf spot、叶枯病leaf blight）。通过构建面积加权病害高度曲线(AUDHC)量化病害垂直分布，结合线性混合效应模型(LMMs)解析了病原体生活方式(biotrophic vs. necrotrophic)、宿主特征（生物量biomass、自然高度natural height）与气候因子（年均温MAT、年降水MAP）的三维互作机制。

关键技术方法包括：1) 跨纬度梯度大尺度野外采样（28.26°N-50.20°N），采用分层随机取样记录病害严重度与叶位高度；2) 创新性提出AUDHC模型，通过Logistic函数拟合病害高度分布曲线，计算半数感染高度(h_1/2/H_MAX)；3) 整合WorldClim气候数据与植物功能性状数据库；4) 运用交叉随机效应模型分析多因素交互作用。

研究结果揭示三大核心发现：

生物营养型病原体呈现高位感染偏好
数据显示生物营养型病原体平均感染高度(56.48%)显著高于坏死营养型(53.60%)，尤其在阔叶草本(forbs)和豆科植物(legumes)中差异最大。白粉病表现出最强的顶端感染倾向(60.25%)，印证了其依赖气孔入侵的传播策略。

植物体型塑造病害垂直格局
宿主生物量与自然高度均与病害位置呈显著负相关（P<0.001），但生物营养型病原体的斜率更陡。这表明高大植株通过基部叶片"诱捕"病原体，而矮小植株因整体叶层处于病原富集区导致顶端易感。

气候变暖驱动病害上移
年均温每升高1°C，病害位置平均上移0.83%（P<0.001），其中叶斑病响应最敏感。降水增加同样促进病原体向高位迁移，尤其对锈病传播的促进作用达20.45%（P<0.001）。这种气候效应通过两种途径实现：温暖环境增加上部叶片气孔开度，而雨滴飞溅将土壤病原体搬运至冠层。

讨论部分指出，该研究首次在生态系统尺度验证了"病害垂直生态位分化"假说：生物营养型病原体占据光合活跃的冠层上部生态位，而坏死营养型病原体盘踞在衰老组织丰富的下部空间。这种分化可能维持了病原体群落的物种共存，但也暗示气候变化可能导致生态位重叠加剧。研究为预测草原病害流行提供了关键参数——当MAT>10°C且MAP>500mm时，生物营养型病害向冠层迁移的风险将显著增加。

论文发表于《Journal of Plant Ecology》的这项成果，不仅建立了植物病害空间生态学研究的新范式，更揭示了气候变暖可能通过改变病害垂直分布来重构植物-病原互作网络。这对于发展基于叶层管理的精准防控策略（如针对高位病害的无人机施药）具有重要指导价值，也为评估全球变化下草原生态系统稳定性提供了新的理论框架。