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维管植物登陆的出现是进化史上最伟大的成就之一。这一成功取决于根系及其共生体从裸露地质基质中获取资源的能力。然而，岩石化学如何塑造植物根系的构型策略，以及这些策略在早期生态系统殖民过程中所带来的投资回报，仍然知之甚少。 在此，我们采用一项为期两年的中尺度控制实验，以短指草（Bouteloua dactyloides）及一种丛枝菌根共生体为材料，将其栽培于四种成分差异显著的矿物基质上，结果表明：岩石地球化学可预测地决定根系的拓扑策略——从贫营养花岗岩上的鱼骨状结构，到富营养玄武岩上的类二歧分枝。基质类型支配了根系复杂性与生物量之间的投资分配；随着风化释放的养分逐渐减少，植物倾向于巩固现有的运输通路。与探索投入相关的性状通常与生物量积累相关的性状相互解耦。在玄武岩和流纹岩上，植物优先投资于复杂性，形成了数量最多的潜在根尖，以促进资源开采和生物量积累；在花岗岩上，植物采取一种生存策略，通过限制分枝来维持生物量；而在片岩上，植物则在生物量与复杂性之间取得平衡，以较低投入延展生长，从而提高了组织密度。令人惊讶的是，菌根真菌并未改变整个根系系统的大小，却在不同根级之间重新分配了投资：在某些基质上抑制对胚生根的投入，而在另一些基质上则促进根系系统的侧向扩展。这一发现将功能平衡机制从植物个体扩展到了植物—真菌系统。 本文所展示的根系—菌根系统的广泛表型可塑性，为自然选择提供了演化空间；这种可塑性在过去植物成功登陆的过程中必定发挥了关键作用，并且对于理解当今植物生态动态同样至关重要。
矿物地球化学与菌根分配决定早期维管植物定殖过程中的根系结构策略 | bioRxiv
矿物地球化学与菌根分配决定早期维管植物定殖过程中的根系结构策略
Dragos G Zaharescu
摘要
维管植物在陆地上的出现是进化史上最伟大的成就之一。这一成功取决于根系及其共生体从裸露地质基质中获取资源的能力。然而，岩石化学如何塑造植物根系结构策略，以及这些策略在早期生态系统定殖过程中的投资回报，仍然知之甚少。在此，我们采用一项为期两年的中宇宙实验，以野牛草（Bouteloua dactyloides）及其丛枝菌根共生体为研究对象，使其生长于四种成分对比鲜明的矿物基质上，结果表明，岩石地球化学可预测地决定根系拓扑策略：从贫营养花岗岩上的鱼骨状结构，到富营养玄武岩上的类似二歧分枝结构。基质类型支配了根系复杂性与生物量之间的投资分配；随着风化释放的养分逐渐减少，植物会巩固已有的运输通路。与探索投入相关的性状通常与生物量积累相关性状相互解耦。在玄武岩和流纹岩上，植物优先投资于复杂性，产生了数量最多的潜在根尖，用于资源开采和生物量积累；在花岗岩上，植物采取生存策略，限制分枝以保存生物量；而在片岩上，植物则在生物量与复杂性之间取得平衡，以低投入延展生长，从而提高了组织密度。令人惊讶的是，菌根真菌并未改变整个根系的大小，而是在特定根序之间重新分配投资：在某些基质中抑制对胚生根的投资，而在另一些基质中促进根系的侧向扩展。这将功能平衡机制从植物个体层面扩展到了植物—真菌系统层面。
此处所显示的根系—菌根系统广泛的表型可塑性，为自然选择提供了进化空间；这一点在过去必定对植物登陆成功发挥了关键作用，并且对于理解当今植物生态动态同样至关重要。
利益冲突声明
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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.06.736658v1?rss=1
🏷️ 根系构型 菌根共生 矿物地球化学 植物定殖 表型可塑性