作物驯化不仅直接塑造作物的表型特征, 还通过根系构型和根系分泌物组成的动态调控, 对根际微生物群落组装产生选择性压力, 进而形成宿主与微生物互作网络。该网络通过多重机制促进宿主作物的适应性: 一方面显著增强对生物胁迫(如病原菌侵染)和非生物胁迫(如干旱和盐碱胁迫等)的抗性, 另一方面高效优化氮、磷等关键营养元素的吸收效率。这些功能的实现源于宿主基因型与环境因素共同调控的根际互作动态系统。值得注意的是, 宿主作物遗传调控对微生物组组装的分子机制仍是当前研究的核心问题。该文综述了近年来作物遗传背景对微生物组选择性招募机制的研究进展, 并展望“微生物组再野化”在农业可持续发展中的应用前景, 为相关领域的理论创新与实践提供了重要参考。

泥炭沼泽湿地植物残体分解是生态系统碳循环的关键过程, 其分解速率和潜在机制对湿地生物地球化学循环具有重要影响。植物残体分解是多种因素相互作用的复杂过程, 越来越多的研究关注生物与非生物因素对泥炭沼泽湿地植物残体分解的影响。微生物作为土壤有机质的主要分解者, 在植物残体分解过程中发挥重要作用, 通过功能基因编码关键酶影响有机质分解, 泥炭藓(Sphagnum)代谢产物能够与微生物共同影响泥炭沼泽湿地植物残体分解过程。“酶锁”机制是理解土壤有机质分解的重要学说, 但是目前的研究表明“酶锁”机制有其适用的条件与框架。除此之外, 植物残体质量、植物群落组成、土壤动物等生物因素, 温度、水分、光照等非生物因素对植物残体分解与微生物群落结构有显著影响, 直接或间接作用于植物残体分解过程, 但是当前研究多聚焦于单一因素的独立作用, 缺乏对生物与非生物因素双向反馈机制的深入解析。该文系统阐述了泥炭沼泽湿地植物残体分解过程、微生物及土壤酶在其中的作用机制、其他生物与非生物因素的共同作用对泥炭沼泽湿地植物残体分解及微生物群落组成的调控机制, 以期为揭示泥炭沼泽湿地碳循环提供理论依据。未来需进一步综合宏基因组学、宏代谢组学、同位素示踪等新技术联系地上和地下部分系统, 探究植物、微生物、土壤环境三者之间的关系, 以更好地理解和保护泥炭沼泽湿地生态系统。

镉(Cd)作为高毒性重金属, 其环境污染与生态风险已成为全球性挑战, 阐明植物对镉胁迫的响应机制对污染治理及农业安全至关重要。该文系统阐述了Cd在土壤-植物系统中的环境行为、生理毒性效应及植物响应机制。研究表明, Cd通过竞争性利用Ca²⁺、Fe²⁺等二价阳离子的转运蛋白进入植物体, 并诱发活性氧(ROS)爆发、营养失衡及细胞结构损伤。植物进化出多层次的解毒策略, 包括细胞壁固定(果胶羧基结合)、螯合肽介导的液泡区隔化, 以及抗氧化酶系统(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶)的协同防御。在修复技术方面, 物理(电动修复、纳米材料)、化学(磷酸盐钝化、可降解螯合剂)与生物(低Cd育种)方法的综合应用显著提升了Cd污染治理效率。未来研究需聚焦转运蛋白结构解析、多技术协同优化及非食用植物资源化利用, 以实现环境安全与农业可持续发展的协同目标。

土壤微生物在植物群落动态中发挥着关键作用。然而, 目前尚不清楚土壤微生物如何影响不同菌根类型树种的存活和生长性状, 以及这些影响是否随植被恢复进程变化, 尤其是在热带森林生态系统中。该研究选择3种丛枝菌根和3种外生菌根热带树种(通过将其种植在原始热带雨林土壤中预先接种菌根真菌), 采用灭菌处理, 研究了植被恢复早期(约20年)和晚期(约60年)土壤中, 微生物的存在与否对树苗存活和生长性状的影响。研究结果表明: 1)灭菌显著提高了恢复早期土壤中丛枝菌根树苗的存活率, 但降低了恢复晚期土壤中外生菌根树苗的存活率。土壤微生物对幼苗性状的影响受到菌根类型和演替阶段的共同作用: 灭菌处理显著增加了恢复早期土壤中丛枝菌根树苗的比叶面积、叶长、叶宽, 以及恢复晚期的叶干质量、叶宽和菌根侵染率, 但降低了恢复早期树苗的叶片厚度和根平均直径; 灭菌还显著降低了恢复早期土壤中外生菌根树苗的比叶面积和根平均直径。在未灭菌条件下, 则促进恢复晚期树苗的地上生物量、叶干质量、叶长和根表面积增加。2)随种植的同种密度的增加, 恢复早期土壤微生物对树苗性状的影响强于恢复晚期: 未灭菌土壤中, 高密度显著促进树苗叶干质量、叶长、叶宽等生长性状。在灭菌土壤中, 除比叶面积以外, 大部分性状都受到抑制。此外, 不同树种的存活率和生长性状也表现出显著差异。因此, 土壤微生物对树苗存活和生长性状的影响因菌根类型、恢复阶段和种植密度不同而异, 将这些因素纳入考虑, 以减少土壤微生物的潜在不利影响, 可能有助于提高热带森林植被恢复的成功率。

该研究以长白山阔叶红松林中的红松(Pinus koraiensis)和蒙古栎(Quercus mongolica)为研究对象, 探究两个树种径向生长的季节动态及其对非结构性碳水化合物(NSC)的响应。实验于生长季(4-10月)内进行季节性采样, 测定枝、叶、根、木质部和韧皮部5个组分的可溶性糖、淀粉以及NSC浓度。同时采用微树芯法监测木质部年内生长动态, 研究NSC浓度与木质部细胞生长之间的潜在联系。主要结果如下: 1)种间NSC浓度有较大差异, 红松大于蒙古栎, 红松各组分NSC浓度变幅大于蒙古栎。且红松5-9月的NSC浓度大于3-4月, 蒙古栎6-9月的NSC浓度大于3-5月。两树种各组分之间NSC浓度也存在较大差异, 均表现为韧皮部>叶>枝>根>木质部。NSC浓度变化主要集中于红松(4-6月)和蒙古栎(4-7月)生长速率变化较大的时间段, 当生长速率趋于稳定后NSC浓度同样趋于稳定。2)蒙古栎与红松的年内木质部细胞生长动态均呈“S”形, 生长速率曲线均呈“倒钟形”。蒙古栎最大生长速率大于红松, 径向生长开始时间早于红松(年序日(DOY) 112 ± 2 vs. DOY 120 ± 1), 生长结束时间晚于红松(DOY 252 ± 1 vs. DOY 241 ± 7), 生长持续时间比红松更长(140 d vs. 121 d)。3)红松木质部细胞生长速率与各组分NSC浓度呈正相关关系, 蒙古栎则呈负相关关系。在不同生长时期生长速率与各组分NSC浓度的动态变化具体表现为: 生长初期(4-5月), 红松和蒙古栎径向生长速率随NSC浓度下降而增加。生长高峰期(6月), 红松木质部生长速率与NSC浓度同时增加, 而蒙古栎木质部生长速率随NSC浓度的降低而增加。生长高峰期过后(7-9月), 两树种NSC开始重新累计。综上所述, 该研究通过探讨长白山地区红松与蒙古栎两个主要树种不同组分的NSC浓度及木质部年内生长动态, 发现NSC在调控木质部生长中发挥着关键作用。研究揭示了红松与蒙古栎的NSC浓度与木质部生长之间的协调规律, 特别是两者在生长高峰期时不同碳分配模式。研究结果为理解该地区树木生长及碳分配机制提供了新的见解, 也为预测未来气候变化对树木生长及碳动态响应的研究提供了重要参考。

海南热带森林具有极高的生物多样性, 但由于热带地区复杂的地形条件使大规模野外调查极具挑战。大范围的海南热带森林乔木样方调查数据可以为热带森林生态系统保护提供科学依据。该数据集包含2024年海南省五指山、霸王岭、吊罗山、鹦哥岭、尖峰岭、铜鼓岭等热带森林核心分布区共120个20 m × 20 m样方的每木清查数据, 包括物种的中文名、拉丁名、胸径、树高、冠幅(长轴与短轴)及α多样性(包含Simpson指数、Shannon-Wiener指数、物种丰富度和Pielou均匀度指数)和β多样性(包含Sørensen指数、Bray-Curtis指数和Jaccard指数)。该数据集经过严格的数据质控过程, 可为研究热带森林植物物种组成和多样性的空间分布规律等研究提供数据支持。