植物化学多样性对热带森林群落树种植食性的影响

作者：西双版纳站  更新时间：2023-10-24

       热带森林群落为何拥有如此丰富的物种多样性，一直以来都是生态学研究的热点问题，也是生态学家面临的重要挑战。植物与其天敌之间错综复杂的相互作用被认为是维持热带森林极高的物种多样性的原因之一。尽管在特定植物类群和化学物质类别上，研究人员对植物的化学防御及其与食草动物的关系已经有一定的了解。但在群落尺度上，植物代谢产物的多样性如何影响植物与植食者之间的相互作用，以及这些互作对植物群落结构和多样性的影响仍然知之甚少（图1）。 

　　近日，中国科学院西双版纳热带植物园（以下简称“版纳植物园”）与中国科学院华南植物园、美国德克萨斯大学奥斯汀分校、美国圣母大学的研究团队合作，成功在生态学领域的主流期刊Ecology Letters上在线发表了题为Phytochemical diversity impacts herbivory in a tropical rainforest tree community的研究论文。基于西双版纳热带季节雨林动态监测样地，采集群落中358种树种的叶片样本，利用非靶向代谢组学的方法，定量化评估树种叶片次生代谢产物的多样性；结合群落树种叶绿体基因组树，解析植物次生代谢产物的系统发育信号和在局域尺度上的空间分布格局；通过测量叶片植食率、不同植食昆虫类型和非生物环境因子，揭示植物代谢产物多样性对树种植食的影响。 

　　研究发现，在热带森林群落中，大多数树种叶片的次生代谢产物类别没有显著的系统发育信号。树种叶片的次生代谢产物在局域空间尺度上比预期的更加多样化（图2），表明共存树种之间的化学差异更大，说明植物和植食者互作对于树种共存的重要性。最后，研究揭示，在局域尺度上，树种叶片的化学多样性越高，其叶片的植食率越低，尤其是专食性昆虫的叶片植食率（图3和4）。此外，研究还发现，植物代谢产物多样性除了受到生物选择压力的影响，同时也随着资源可用性的增加而降低。 

　　版纳植物园森林生态系统结构、功能与动态研究组已毕业博士王雪昭和在读博士研究生何云雲为论文的共同第一作者，杨洁研究员为论文的通讯作者。该研究在数据采集和分析过程中得到了云南西双版纳森林生态系统国家野外科学观测研究站补蚌工作站和中国科学院昆明植物研究所分析测试中心的支持。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院、云南省、版纳植物园“十四五”等项目的资助。 

　　  

　　图1. 植物次生代谢产物和多种因子关系的假设 

　　  

　　图2. 西双版纳热带季节雨林树种群落次生代谢产物类别及其空间分布格局 

           　　  

　　图3. 热带季节雨林局域不同生境叶片植食率和次生代谢产物多样性 

         　　  

　　图4. 叶片次生代谢产物多样性与环境因子对叶片植食率及植食类型的解释