综述：植物亲缘识别的生态学视角：不同资源条件下的研究进展、生态影响与未来挑战

这篇综述系统探讨了植物亲缘识别（kin recognition）的研究现状，围绕亲缘选择理论（kin selection）和生态位分化假说（niche partitioning）展开辩论，分析了根系分泌物（root exudates）、挥发性有机物（VOCs）和菌根网络（CMNs）在植物间信号传递中的作用，并指出实验方法标准化对解决当前争议的重要性。

　　

植物亲缘识别的生态学视角

围绕植物能否区分亲属与非亲属这一核心争议，近年研究揭示了其潜在的生态与农业价值。亲缘选择理论认为亲属间会减少竞争以提升群体适合度，而生态位分化假说则预测遗传相似个体因资源需求重叠会导致更激烈竞争。这两种理论在不同实验体系中均得到部分支持，但结论存在显著矛盾。

亲缘选择理论的植物学证据

Hamilton规则（r×B>C）为植物亲缘合作提供了理论基础。研究表明，Cakile edentula与亲属共植时减少根系投资，而Impatiens pallida在亲属环境中表现出茎伸长和分枝增加等合作特征。水稻（Oryza sativa）实验更发现，亲属共植群体的籽粒产量显著提高，这与根系分泌物中尿囊素（allantoin）介导的识别机制相关。

生态位分化的竞争视角

相反，Chenopodium quinoa在贫瘠土壤中与亲属的竞争反而加剧，表现为更高的根质量分数和主根发育。这种"相似者相争"现象支持生态位分化假说，暗示遗传相近个体可能通过差异化资源利用策略缓解竞争。土壤异质性被证明是关键调节因素——在养分斑块化分布时，亲属群体可通过空间互补性实现协同增长。

信号通路的分子谜题

植物通过三重信号系统实现亲属识别：

1. 1.

   挥发性有机物（VOCs）：如Artemisia tridentata通过基因型特异性挥发物激活亲属防御反应；

2. 2.

   根系分泌物：Arabidopsis thaliana对非亲属分泌物产生更多侧根，其化学指纹包含萜烯类等差异化合物；

3. 3.

   菌根网络（CMNs）：菌丝体介导的碳氮转移在亲属间更高效，但存在"社会主义"（均衡分配）与"资本主义"（优势个体垄断）两种资源分配模式争议。

方法论挑战与未来方向

当前研究受限于盆栽体积效应（pot size effect）和表型可塑性干扰。标准化实验需结合：

• •

  高通量基因分型（high-throughput genotyping）

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  根系架构三维成像（3D root architecture analysis）

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  稳定同位素标记（如¹⁵N追踪）

  农业应用应重点解析作物品种间识别阈值，开发基于VOCs的田间调控技术，并优化混作品种配置以平衡竞争与合作。

生态与农业启示

在气候变化背景下，理解植物亲缘互作对生态系统功能至关重要。森林更新中幼苗-成树识别可能影响群落演替，而小麦等主粮作物的亲属协同效应或为可持续农业提供新范式。未来需通过多组学整合（multi-omics）揭示G蛋白偶联受体（GPCRs）等潜在识别靶点，并建立跨物种统一理论框架。