王忠/于丹团队揭示高寒和干旱区湿地植物元素组的形成和稳定机制

　　

　　近日，武汉大学生命科学学院王忠副教授和于丹教授团队在生态学顶级期刊Ecology Letters发表了题为“Coordination between bioelements induce more stable macroelements than microelements in wetland plants”的研究论文。

　　全球范围内，湿地在水质净化、生物多样性保护和碳固存等方面提供了重要的生态系统服务，尤其在水资源更为宝贵的高寒和干旱地区，探究湿地植物对湿地的适应策略能进一步了解全球变化背景下湿地生态系统的潜在命运。元素作为构成生物体的基本物质，植物体内的元素组成代表了蛋白质、糖和脂质等生物分子的不同比例，并决定物种的形态、结构和功能。因此，植物元素含量和元素间相关性沿环境梯度的变异是量化植物对环境适合度的极佳指标。然而，系统发育、气候和生境条件如何影响湿地植物的元素组成以及元素间网络的相关机制尚不清楚。

植物元素组形成过程的概念框架和逆境环境下植物元素网络的变化

　　针对上述问题，研究团队在青藏高原和西北干旱半干旱区进行大尺度野外调查，通过系统采集232个湿地生态系统的植物、沉积物和水体样品，构建了高寒和干旱区湿地植物多元素配套数据集，在物种、生活型、系统发育和环境梯度等水平上分析了湿地植物叶片17种元素（C、N、P、S、K、Ca、Mg、Na、Fe、Al、Mn、Si、B、Zn、Cu、Ni和Co）的化学计量特征、元素变异及其系统发育和环境影响。结果表明，含量越高或生理需求量越高的元素，其变异性越低。

　　进一步分析表明，17种元素的变异均受到系统发育和环境的影响，含量越高的元素越受到系统发育的约束，而含量越低的元素越受到环境的影响。基于上述结果，作者提出了“元素协调稳定性假说（Stability of Well-coordinated Elements Hypothesis）”，认为在驱动特定生理功能方面协调良好的元素之间相互制约，进而在植物体内保持相对稳定的比例，而那些在功能上更加独立的元素对环境变化更加敏感，表现出更高的变异性。

湿地植物叶片17种元素的系统发育和环境影响

　　在环境影响方面，微量元素最主要受到土壤和水体养分的影响，而大量元素则受到气候、环境养分和环境胁迫的共同调控。此外，通过分析植物叶片多种元素间的网络关系及其沿环境梯度的变化规律，发现环境胁迫（高寒和高盐）降低了叶片多元素网络的连通性、复杂性和稳定性。该研究结果填补了高寒和干旱区湿地植物在碳、氮、磷以外元素研究的空白，为预测气候变化敏感区植物适应性和植物-环境相互作用提供了新的依据。

湿地植物叶片多元素的变异规律和影响机理

　　武汉大学生命科学学院已毕业博士研究生左振君（现北京大学博士后）为论文第一作者，王忠副教授和于丹教授为共同通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金（32360287）和科技部科技基础性工作专项（2013FY112300）资助。

　　论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ele.70025