植物寄生生态学研究

寄生植物是许多生态系统的重要组成类群，寄生植物的生态学正受到越来越多的关注，亟待开展大量深入的研究。通过研究寄生植物与生态系统中其他营养级物种之间的相互作用，尤其是寄主植物受到寄生植物侵染后如何通过改变基因表达来提高防御能力，如何改变在防御与生长之间的投入分配以有效应对寄生胁迫，可以深化对寄生植物在整个生态系统中的重要作用和地位的认识。

2005 年以来，台州学院李钧敏教授团队以菟丝子属植物为研究对象开展的植物寄生生态学研究，得到了国家自然科学基金项目“植物寄生对群落可入侵性的影响及机制”（No.30800133）、中国-保加利亚政府间科技合作委员会第15 届例会项目“盐胁迫下中国及保加利亚本地菟丝子属茎寄生植物与模式寄主植物之间的相互关系：生态及农业应用价值”（No.15-2）、中国博士后基金项目“寄生植物对群落可入侵性的影响”（No.20080440557）、浙江省自然科学基金项目“本地寄生植物对外来入侵植物入侵性的影响及机制”（No. Y5110227）和“寄生植物对入侵植物的偏好及机制”（No.Y5090253）等的资助。在这些项目的支持下，我们在Ecology（《生态学》）、New Phytologist（《新植物学家》）等专业期刊上发表了论文，在植物寄生生态学领域取得了一些原创性成果。

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▲ 典型菟丝子属全寄生植物

菟丝子属全寄生植物由150 多个物种组成（Yuncker，1932）。菟丝子属全寄生植物不具有光合作用能力，完全依赖寄主植物获取营养与水分（Shimizu and Aoki，2019）。典型菟丝子属全寄生植物有菟丝子（Cuscuta chinensis）、南方菟丝子（Cuscuta australis）、原野菟丝子（Cuscuta campestris）、金灯藤（Cuscuta japonica）等。

▍研究发现——

• 寄生植物吸收寄主的营养物质，改变凋落物的质量与数量，改变根的周转与分泌物存在格局，影响土壤理化特性，并且影响土壤微生物群落的结构与功能多样性。

• 寄生植物可以影响寄主的行为，改变寄主与非寄主植物之间的相互作用，影响种内与种间竞争，从而影响植物群落的结构和功能。

• 寄生植物可以直接或间接地影响寄主的其他寄生或共生生物，诱导营养级联效应，从而影响生态系统的结构与功能。

▍研究过程中还发现——

在植物寄生生态学的研究中最重要的是建立一个模式系统，研究寄生植物与寄主植物的直接关系、寄生植物与非寄主植物及群落中其他营养级生物组分的间接作用、寄生植物与群落中其他营养级生物组分间的进化关系。

关于菟丝子属植物寄生生态学的研究，目前主要包括如下三个模式系统。

• 模式系统一：菟丝子-大豆-根瘤菌（丛枝菌根真菌）系统

大豆是世界重要的粮食与油料作物，根瘤菌与豆科植物的共生固氮是已知固氮量最高的生物固氮体系，茎全寄生的菟丝子是大豆常见的有害寄生植物，给大豆的栽培带来了一定的危害。以菟丝子-大豆-根瘤菌系统为研究对象，可以研究全寄生植物对植物根际共生细菌或真菌的下行效应，植物根际共生细菌或真菌对全寄生植物的上行效应，全寄生植物、共生细菌或真菌及外界环境因子对寄主植物生长的交互作用等。

• 模式系统二：菟丝子-拟南芥系统

生态基因组学将功能基因组学的研究手段和方法引入生态学领域，通过群体基因组学、转录组学、蛋白质组学等手段与方法将个体、种群及群落、生态系统不同层次间的生态学相互作用整合起来，确定在生态学响应及相互作用中具有重要意义的关键基因和遗传途径，阐明这些基因及遗传途径变异的程度及其所带来的生态和进化后果，从基因水平探索有机体响应天然环境（包括生物与非生物的环境因子）的遗传学机制。物种间的相互作用是非常重要的生态学过程，决定了生态系统的结构与功能。开展物种间相互作用的生态基因组学研究可以从分子水平探讨物种间发生相互作用的机制及可能的进化意义。虽然大豆的基因组测序工作已经完成，但现在各服务机构所提供的基因组学、蛋白质组学、生物信息学等相关分析仍以模式植物拟南芥为主。采用菟丝子-拟南芥系统进行研究，可以较好地阐明全寄生植物与寄主植物之间的相互作用及相关的基因调控机制。

• 模式系统三：菟丝子-入侵植物系统

入侵植物由于具有较快的生长速度和强大的资源捕获能力，在相同条件下可能提供给寄生植物充足的养分而受到寄生植物的青睐，但寄生植物是否是一种潜在有效的入侵植物生物防治剂仍需长期深入的研究，尤其要关注的是寄生植物寄生可能给生态系统中的其他物种带来的非靶向性的生态效应，因此寄生植物-入侵植物系统是一个良好的研究系统。同时全寄生植物对非靶向的本地植物也具有一定的危害作用，因此，我们仍需长期关注全寄生植物防治入侵植物的可行性研究，如全寄生植物对入侵植物竞争能力的影响是否与物种有关，寄生植物寄生对土壤地下生态系统的影响及地下生态系统如何反馈地上部分的生长，以及寄生植物寄生的群落生态学效应。同时，入侵植物在入侵地碰到新的天敌，如何响应新天敌，如何权衡生长与防御策略，如何快速适应从而进一步扩大入侵范围。这些领域的研究将有助于进一步了解入侵植物的入侵机制。

▍植物寄生生态学研究：以菟丝子属研究为例

团队成员在科研过程中凝练研究方向，逐渐在植物寄生生态学研究领域积累了丰富的成果，汇集为《》（李钧敏等著. 北京：科学出版社，2022.10）一书。全书分为上下两篇。

• 上篇为基础篇，综合国内外文献，以生态系统结构组成为主线，从寄生植物的生物学特性、寄生植物对寄主植物的偏好、寄生植物对寄主植物生长的影响、寄生植物寄生对寄主植物群落的影响、寄生植物对其他营养级的影响、寄生植物寄生对土壤特性及土壤微生物的影响、寄主植物及环境和生物因子对寄生植物的影响等7个方面阐述寄生植物生态学的概念、内容及研究现状。

• 下篇为实例篇，综合我们多年来承担的国家自然科学基金项目与浙江省自然科学基金项目的研究成果，以菟丝子属植物为研究对象，从菟丝子属植物寄生对入侵植物生长的影响、环境因子对菟丝子属植物寄生效果的影响、生物因子对菟丝子属植物寄生效果的影响、寄主植物响应菟丝子属植物寄生的分子生物学机制、菟丝子属植物寄生对植物群落的影响、菟丝子属植物寄生对土壤特性及土壤微生物的影响、菟丝子属寄生植物与寄主植物的气候生态位及对全球变暖的响应、菟丝子属寄生植物和寄主植物的适应与进化等8个方面阐述菟丝子属植物寄生带来的生态学效应。

本文摘编自《植物寄生生态学研究：以菟丝子属研究为例》（李钧敏等著. 北京：科学出版社，2022.10）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-073382-5

责任编辑: 马 俊 郝晨扬

寄生植物是生态系统中的一类特殊植物类群。寄生植物可以直接或间接地影响寄主的其他寄生生物或共生生物，诱导营养级联效应，从而影响生态系统的结构与功能。本书分为上下两篇。上篇为基础篇，综合国内外文献，阐述植物寄生生态学的概念、内容及研究现状。下篇为实例篇，综合本书作者实验室多年来承担的国家自然科学基金项目与浙江省自然科学基金项目等的研究成果，全面阐述菟丝子属植物寄生带来的生态学效应。本书内容深入浅出、浅显易懂，可供从事植物学、生态学及相关领域研究或教学的工作者使用，也可为农林等专业方向的学生与广大科技工作者提供参考，对野生植物保护部门的研究与管理者亦大有裨益。

（本文编辑：刘四旦）

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