韩兴国/姜勇团队在《Trends in Plant Science》发表植物根系氮素再分配的观点文章！

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氮素是陆地生态系统中的关键限制性营养元素，通过生物固氮和土壤氮供应通常远低高等植物的氮需求。当土壤氮素供应无法充分满足植物茎叶生长需求时，植物会通过自身营养器官（如根或根茎）再分配来实现氮的内部循环和再利用。尽管植物茎叶氮素再利用已有较多研究，但对于植物地下器官的氮素再分配过程仍存在诸多知识空白。

基于前期的研究基础，河北大学韩兴国/姜勇团队提出陆地生态系统植物根系氮素再分配研究的理论框架：1）植物根氮再分配是一种保守的氮素利用策略，涉及根氮再活化以促进茎叶的生长、繁殖和其他代谢过程，但缺乏一个关于氮素在植物器官之间转化的理论框架；2）由于植物的氮吸收和氮储存存在互补性，植物群落水平的根氮再分配随着植物物种的丰富度和氮获取策略的增加而增加；3）沿着植物根系快-慢经济谱的主轴，与竞争根性状相反，植物根氮再分配为保守型性状；4）随着土壤K策略微生物丰度、根际/菌际微生物招募和菌根定殖的增加，加速难降解有机质中的氮释放，促进植物觅氮效率，从而导致植物根系氮素再分配降低。这一框架从生态学视角为理解植物根氮再分配提供了新的见解和研究方向。

上述观点论文于2024年6月1日在线发表于Trends in Plant Science上。河北大学生命科学学院/中国科学院沈阳应用生态研究所王汝振教授为论文的第一作者，姜勇教授为通讯作者，韩兴国教授和澳大利亚悉尼大学的Feike A. Dijkstra教授为共同作者。该研究得到国家自然科学基金优秀青年基金项目（32222056）资助。

图1 影响氮从根到茎再分配的潜在因素。植物氮获取途径包括：从土壤中吸收氮、根氮再分配（RNR）和生物固氮（BNF）。植物氮需求、土壤氮供应、植物从土壤中吸收氮素的效率、根系氮库大小是影响植物氮素吸收利用的关键因素

图2 植物氮吸收、运移、分配和再吸收示意图

图3 植物根氮再分配与植物物种丰富度和根系性状间的关系。(A) 植物物种丰富度的增加，可能会增加根系深度及根系生物量，以扩展植物群落的养分生态位； (B) 增加根氮储存能力和根氮再分配的潜力；在较高的物种丰富度下，植物根氮再分配可能与较低的土壤资源有关；(C) 在一个硫添加（0-20 g S m-2 yr-1）控制实验中，植物根氮再分配量与植物物种丰富度相关（未发表的数据）；(D) 根据生态学原理和文献的实证支持，在二维谱上根性状之间的相关性的预测；(E) 植物根氮再分配与通过竞争性根性状驱动的土壤氮吸收之间的权衡关系示意图；(F) 通过温室实验数据验证根系性状之间关系。实验处理包括对照（N0）、氮添加（10 g N m-2 yr-1）、干旱（DN0）和干旱+氮添加（DN+）

图4 凋落物质量和数量变化、土壤真菌与细菌比例（F:B）或K策略者与r策略微生物比例、以及菌根定殖率变化下的植物根氮再分配模式。(A) 提高凋落物质量，会通过增加凋落物分解速率和有效氮的释放，减少根氮向茎叶的再分配；(B) 凋落物积累减少（情景1、实线蓝线）或增加（情景2，虚线蓝线），通过减少或增强水和氧气的渗透性，从而分别增强或削弱植物对根氮再分配的依赖性；(C) 增加土壤中K策略与r策略微生物群落的比例，可能会通过驱动土壤胞外酶活性，从而分解土壤有机物质和释放可利用氮，会显著减少植物根氮再分配。如果土壤中惰性有机质含量高，会促进K策略微生物，但土壤可利用性氮减少，C图中的曲线应翻转，表明随着F:B或K策略与r策略微生物比例增加，可利用性氮释放减少，但根氮再分配会增加（如虚线双向箭头）；(D) 随着菌根定殖率的增加，根氮再分配（减少）与氮挖掘（增加）之间的权衡关系

原文链接 ↓

https://doi.org/10.1016/j.tplants.2024.04.009

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