土壤化学遗产激发后茬植物品种特异性及背景依赖性的根系响应

摘要

土壤遗产在优先效应的形成过程中有着重要的作用。然而我们还不知道土壤中的植物种类对“土壤代谢”的影响到底有多大，我们也不知道土壤化学遗产是否影响“后到”植物。为了验证这些猜想，该研究收集了来自西洋石竹和紫羊茅的土壤溶液，然后评估这些不同的土壤溶液对西洋石竹和紫羊茅的影响，包括生长、生物量分布及功能形状等。

结果表明，来自西洋石竹和紫羊茅的土壤溶液的代谢物在组成和化学多样性上具有差异。两类土壤化学遗产对紫羊茅都没有任何影响，但是两类土壤溶液都会影响西洋石竹的“根系觅食”（root foraging）。结构方程模型表明，西洋石竹减少土壤的勘探（reduced soil exploration by D. deltoides）是通过根系生长途径( 西洋石竹代谢物)或根系性状途径(紫羊茅代谢物)引起的。根系觅食减少与总氮吸收减少无关。

这个研究说明土壤化学遗产能够通过影响“后到”植物的根系觅食来“创造”地下部分的优先效应。

背景

优先效应（Priority effects）：可以简单理解成“先来后到”，即某个地方“先来”的植物会影响”后到“的植物的生长、发育和/或繁殖。

引起优先效应发生的机制主要有两种：

生态位抢占（niche preemption）：”先来“的植物会消耗生态位上的关键资源，如空间、光即土壤营养等，如果生态位抢占是形成优先效应主要的因素的话，那”后到“的植物的生长、发育会受到负向影响。
生态位修饰（niche modification）：”先来“的植物会影响生态位的可利用类型，从而影响”后到“的植物，此种情况下”后到“的植物会出现两种情况：被”先来“的植物促进或抑制。

研究生态位修饰驱动的优先效应产生的研究主要几种在植物土壤反馈实验（plant-soil feedback, PSF）。根系分泌物是土传遗产的重要组成部分。先前的研究发现：

根系分泌物种的代谢物会影响根际真/细菌群落，受影响的真/细菌群落会激发PSF，进而影响植物的生长和防御；
根系分泌的化感物质会影响邻近植物的生长；根系分泌物可以作为近邻识别的化学线索。

大量的研究证据表明根系分泌物在构建根际微生物组和介导植物—植物互作中扮演着核心作用，但是我们任然不知道土壤化学遗产在多大程度上影响”后到“植物的生长和发育以及这些化学遗产在多大程度上影响到优先效应的形成。

实验设计

这个研究的实验设计是比较简单的，同样的土，CK里面不种植植物，另外两个处理里面分别种植西洋石柱和紫羊矛，播种65天后开始后收集土壤溶液，每周收集两次，收集5周。每次收集的时候都用水把土壤淹没完，然后让土壤溶液在自然状态下从栽培容器底部的孔内流出，收集。收集完以后为了避免颗粒物和微生物的干扰，将收集到的土壤溶液过0.2$\mu$m的滤膜。收集到的土壤溶液一部分用于代谢组检测，检测的方法是LC-MS。另外一部分根系分泌物用于浇灌（实验Ⅱ）。