浙大李春阳团队Trends in Plant Science观点 | 雌雄异株植物地下生态相互作用：为什么异性相吸，同性相斥？
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雌雄异株植物在形态、生理、生活史和行为等方面表现出性别二态性，可能影响性别特异性相互作用。尽管人们普遍认为雌雄异株植物性别间的相互作用比性别内的相互作用弱，但对雌雄间组合的地下促进机制仍知之甚少。近日，浙江大学农业与生物技术学院李春阳教授在Cell Press出版社旗下期刊Trends in Plant Science发表了题为“Belowground ecological interactions in dioecious plants: why do opposites attract but similar ones repel?” 的观点论文。该论文全面探讨了包括资源互补、菌根真菌网络、根分泌物介导的地下化学通讯以及植物-土壤反馈等调控雌雄异株植物性别特异的地下生态相互作用机制。
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“异性相吸，同性相斥”的概念是物理学的基本原理。随着时间的推移，这个概念已经超越了物理学，在各种跨学科领域中被用来描述各种各样的相互作用和关系。尽管雌雄异株植物对性别间与性别内个体之间相互作用的响应强度存在明显的物种特异性变化，但许多研究表明，性别间相互作用的强度要弱于性别内相互作用，特别是在资源有限或环境压力大的情况下，可能要涉及到以下机制：
[1]资源补偿 雌性和雄性植物观察到不同的地下资源获取策略可能促进了生态位分化，从而降低了性别间的竞争并增强了资源利用效率。在干旱和磷缺乏条件下，雄性植物展现出更大的生长响应，并通过节水和有机磷矿化来支持雌性植物的生长。与此同时，雌性植物的根系特征可能对资源利用和性别间促进起到关键作用。
▲图1 干旱条件下雌雄异株植物性别特异的地下资源获取策略
[2]菌根真菌 性别间相互作用中，雄性植物中的菌根真菌侵染率高于雌性，但温室控制实验表明，菌根真菌更显著促进了雌性植物的生长。为何雄性植物投入更多碳到菌根真菌，而雌性最终却从两性共存中获得更大好处？可能有两种解释：首先，雄性的存在可能在不利条件下减轻了雌性微生物群落失调，使其在根际或菌丝际更具韧性；其次，雌性可能不对称地从共生菌根网络中受益，这种现象是菌根真菌将两个或更多共存植物的根系连接起来，并通过真菌菌丝在这个复杂的植物-真菌-植物系统内进行资源转移。根据源-库假说，由于雌性的获取型生长策略，使其更具竞争力，大部分资源可能会转移到雌性身上。因此，菌根真菌网络有助于将资源直接从雄性输送到雌性。
[3]地下化学通讯 雌雄异株植物在根际展现出独特的化学相互作用，涉及性别识别与化感作用。例如，雌性桑树根系对雄性根系释放的根系分泌物做出了明显反应，增大了营养吸收范围。雌性青杨释放的酚类化合物抑制了其它雌性植物的生长，而雄性则降低了周围土壤中化感物质含量，形成了有益的土壤微生物群落结构，从而促进了雌性植物的生长。
▲图2 雌雄异株植物性间地下生态相互作用机制
[4]植物-土壤反馈 植物-土壤反馈受到性别特异性根系代谢物与根系分泌物的影响，导致微生物群落组成不同，进而影响生态系统的营养循环。性间作用下的真菌群落组成与性内相互作用下的显著不同。此外，植物性别影响植物寄生线虫，但不影响根际自由生活线虫的组成，尤其在繁殖期间。以上研究显示了植物表型与生态相互作用之间的性别特异性连接。因此，要全面了解性别相关的相互作用，我们必须不仅仅关注植物之间的直接相互作用，比如竞争、性别识别和化感效应，还要考虑个体植物对土壤的影响，以及这如何间接影响其周围的邻居。实际上，雄性与雌性植物可以通过邻近的性别特异性植物-土壤反馈相互增强、削弱或不产生影响。结果可能取决于根系分泌物的时空模式与植物的性别特异性特征。选择特定的性别组合以与表型特征、微生物群落功能和植物-土壤反馈机制相一致，可能为增强生态系统功能提供潜在途径，增加营养获取并加强抗病原体的防御。
小结
气候变化下，雌雄异株植物群体模式将改变，可能导致性别比例失衡甚至灭绝。通过两性互植，将有助于生态平衡维护与多样性保护；通过调节性别比例、增强地下生态互动来减轻病害发生，可改善生态系统功能；通过调整与利用雌雄异株植物间的地下相互作用，可以促进农林复合生态系统的可持续性
本文参考文献（上下划动查看）
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论文作者介绍
通讯作者：李春阳 1999年在芬兰赫尔辛基大学获得博士学位。浙江大学求是特聘教授、博士生导师。国家杰出青年科学基金获得者(2005，终期评估优秀)，国家百千万人才工程入选者(2009)。主要从事木本植物对环境胁迫的响应与适应研究，在雌雄异株植物性别差异方面做出了系统性与创新性成果。第一作者与通讯作者在国际主流学术期刊Trends in Plant Science、Trends in Microbiology、Global Change Biology、New Phytologist与Microbiome等发表SCI论文180余篇，被SCI引用7000余次，H指数50，连续多年入选中国高被引学者榜单。
相关论文信息
相关研究发表在Cell Press细胞出版社
旗下期刊Trends in Plant Science，
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▌论文标题：
Belowground ecological interactions in dioecious plants: why do opposites attract but similar ones repel?
▌论文网址：
https://www.cell.com/trends/plantsci-ence/fulltext/S1360-1385(24)00050-5
▌DOI：
https://doi.org/10.1016/j.tplants.2024.02.009
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