银河官网登录-病原真菌与昆虫:有害生物的“正能量”


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来源:中国科学院之声:为什么自然界的各种物种都能生活在一起?这背后的秘密是什么?早在20世纪70年代,美国生态学家Daniel H.Janzen和Joseph H.基于对热带雨林的研究,Connell就提出,寄主特有的“有害生物”,如植物病原真菌和植食性昆虫,有利于森林物种的共存和多样性的维持。植物病原真菌和昆虫会影响植物物种的共存和多样性。首先让我们认识这两种“害虫”。植物病原真菌是指寄生在植物体内引起疾病的真菌。

它们依靠生殖孢子的排出,或借助空气或雨水等外力在植物间传播,引起植物病害。植物叶片上的黑斑、白粉、绣花粉等症状都是由植物病原真菌引起的。图1。感染病原真菌的植物叶片如图2所示。病原真菌感染的植物叶虫是地球上最丰富的生物类群,植食性昆虫约占昆虫总数的一半,是活的植物昆虫。按取食部位可分为食叶昆虫、带刺吸食昆虫、蛀虫和种子昆虫。例如,蛾和甲虫是常见的植食性昆虫。图3。落叶松毛虫幼虫,危害针叶树种,如落叶松图4。

图5针叶树种,如落叶松,被成年落叶松毛虫(Butler)破坏。光肩星天牛(Anoplophora glabripennis)是光肩星天牛的成虫,对悬铃木、柳树、杨树等植物病原真菌的侵染或植食性昆虫的啃食有害,会直接削弱植物的光合作用,抑制植物的生长,甚至导致植物的死亡。寄主特有的病原体、植食性昆虫和其他有害生物聚集在同一植物周围,抑制同一植物后代的补充和存活,为其他物种提供生存空间,避免单一物种占据整个植物群落,促进植物物种的共存和多样性维持。

越来越多的实验研究证明,在高温高湿、多样性丰富的热带雨林地区,病原真菌和植食性昆虫是维持热带雨林地区树种共存的重要因素。那么,在气候相对寒冷、多样性较低的温带林区,病原真菌、植食性昆虫等害虫是否也起到了这样的作用?温带森林约占全球森林覆盖面积的25%,广泛分布于亚洲、欧洲、北美等地区。我国东北地区温带森林分布最为完整和广泛。其中阔叶红松林作为该区典型的地带性植被,其多样性远高于同纬度的欧洲和北美温带森林。

图6。中国科学院沈阳应用生态研究所天然林生态组与美国康涅狄格大学的研究人员在东北温带森林核心区长白山阔叶红松林建立了一个控制试验区,以控制红松的生长研究病原真菌和昆虫对乔木幼苗的影响,揭示其在该地区温带树种共存中的作用。病原真菌和昆虫可以为树木的其他“邻居”提供生存空间。结果表明,病原真菌喜欢生活在同一树种成熟度较高的地区,影响同一树种幼苗的补充和存活。昆虫有相似的习性,但主要影响幼苗的补充,对幼苗的存活影响不大。

说明病原真菌和昆虫的密度限制抑制了同一树种在温带森林的种植,为其他树种提供了生存空间,促进了温带树种的共存和多样性维持。但是,病原真菌和昆虫对幼苗的补充和存活的影响也受到菌根类型和树种负耐性的影响。病原真菌能强烈抑制外生菌根树和耐荫树周围同类幼苗的补充,而植食性昆虫能显著减少非耐荫树周围幼苗的补充(图7)。图7。病原真菌、昆虫和树种的特性对幼苗再生的影响表明,病原真菌和植食性昆虫能有效地防止某一树种过于强壮,进而垄断整个森林群落。

同时也证实了它们在维持温带森林物种共存中的重要作用,但它们的影响强度与树种的性质密切相关。这一发现为了解温带森林生物多样性维持机制提供了重要的实验依据。同时,为温带森林的经营管理提供理论依据。例如,单一树种的森林结构容易受到病原真菌和昆虫的侵袭,而配置一定比例的异质“邻居”可以改善整个森林的健康状况和生物多样性水平。这项研究的结果于2020年1月15日发表在《自然通讯》(DOI:10.1038/s41467-019-14140-y)的网络版上,标题是“在温度森林中,自然能量驱动Janzen-Connell效应的树种特征效应”。

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