寄生植物驱动植物间N转移及其生态学意义研究

Parasitic plants can deprive a large amount of mineral nutrients (especially N) from host plant via haustoria, causing certain nutrient stress on host plants, and then affecting the nutrient balance between the host and non-host plants. Therefore, when parasitic plants are distributed in large areas in farmland or grasslands, they may affect the N transfer among plants, and thus affect the species interactions and the nitrogen cycle in ecosystems. However, it has not been reported whether parasitic plants can drive N transfer among plants. This project intends to explore the main pathways and physiological mechanisms of N-transfer from legume to grass driven by parasitic plant, via using stable isotope tracer technique, methods of root-separation and its combination with sub-cultures. By analyzing the effects of N transfer between plants on the growth and physiology of parasitic plants and host plants, the ecological significance of N-transfer driven by parasitic plants will be discussed. This was the first study to investigate the effects of parasitic plants on N-transfer among plants. It not only enrich the theory of N-transfer among plants, but also provide a reference for understanding the tri-interaction among host plants, parasitic plants and soil microorganisms, and open a new perspective for development of new biocontrol strategies in the management of parasitic weeds.

寄生植物可以通过吸器从寄主处获取大量的矿质养分（尤其是N）对寄主植物造成一定的养分胁迫，从而影响寄主和非寄主植物之间的养分平衡。因此，当寄生植物在农田或者草地中大面积存在时，可能会影响植物间的N转移，进而影响生态系统中物种间的相互作用和氮素循环。然而，关于寄生植物是否能驱动植物间N转移尚未有过报道。本项目拟通过控制条件下的栽培试验，采用分根与分室培养相结合的方法，利用稳定性同位素示踪技术，研究寄生植物驱动豆科和禾本科植物间N转移的主要途径和生理机制，并分析N转移对寄生植物和寄主植物生长及生理的影响，探究寄生驱动下植物间的N转移在缓解寄生杂草危害等方面的生态学意义。本研究首次开展寄生植物对植物间N转移的影响研究，不但丰富植物间N转移理论，还将为深入了解寄主植物-寄生植物-土壤微生物的三重互作关系、探究防控根部半寄生杂草的新策略提供科学借鉴与参考。

本项目通过控制条件下的栽培试验，采用分根与分室培养相结合的方法，利用稳定性同位素示踪技术，研究寄生植物对豆科和禾本科植物间N转移的影响并解析相关机制。结果显示，甘肃马先蒿寄生可以导致从禾本科植物处获取8-35%的N，从豆科植物处获取约30%的氮。豆科植物、禾本科植物和甘肃马先蒿之间存在氮转移现象，且AM真菌在介导禾豆间氮转移中发挥着重要的作用，与高肥水平相比低肥水平下AM真菌介导的豆科植物向禾草类转移的N较多。虽然，高肥力水平下禾豆间的氮转移量较低，但是在禾豆互作体系中AM真菌可以通过促进禾本科植物对土壤氮磷的吸收而在一定程度上缓解了其受甘肃马先蒿的寄生危害。当豆科植物被甘肃马先蒿寄生后，禾豆互作体系下被寄生禾草生长受到显著抑制。本研究首次定量分析了甘肃马先蒿对豆科植物和禾本科植物氮的依赖程度，并明确了寄主植物-非寄主植物-根部半寄生植物间的氮转移现象，证实了禾豆互作体系下AM真菌介导的氮素转移和再分配在缓解禾本科寄主所受寄生危害中的作用，为深入了解寄主植物-寄生植物-土壤微生物的三重互作关系、探究根部半寄生杂草新的防控策略提供科学借鉴与参考。