在國家自然科學(xué)基金項目(項目編號:31325006, 31530011)等資助下，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所開展的植物根系進化和生物地理學(xué)研究取得重要進展。研究成果以“Evolutionary history resolves global organization of root functional traits”(進化歷史詮釋了全球根功能屬性的組織方式)為題于2018年2月21日在Nature(《自然》)上在線發(fā)表。馬澤清博士、郭大立 研究員和美國普林斯頓大學(xué)Lars O. Hedin教授為共同第一作者，郭大立 和Lars O. Hedin同時也是共同通訊作者，中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所為第一單位。論文鏈接:https://www.nature.com/articles/nature25783。

　　長期以來，植物進化理論框架主要基于對葉片、花等地上部分的認識，而對地下部分根系結(jié)構(gòu)和功能在進化過程中如何組織卻鮮為人知。該研究提出一個全新的植物進化理論:在長達4億年的植物進化過程中，地下吸收根朝更加高效(圖a)、獨立的方向進化(圖c)，為物種開拓新的棲息地發(fā)揮了重要作用，促進了植物的傳播和進化。

　　從熱帶雨林到荒漠，植物吸收根直徑整體在變細，傾向于更加靈活的構(gòu)建方式(圖a)，對共生真菌依賴性降低(圖c)，通過該方式，植物單位碳投資獲取養(yǎng)分的效率得以優(yōu)化，從而能夠高效地捕獲稍縱即逝的養(yǎng)分和水分資源，增強了植物對環(huán)境的適應(yīng)與存活能力。在水分供應(yīng)充足的熱帶雨林，根的設(shè)計對水力安全性考慮較低，細根和粗根物種共存，很多系統(tǒng)發(fā)育較古老的物種得以保存(圖b);而在水分脅迫較強的草原和荒漠，由于季節(jié)性資源供應(yīng)方式不穩(wěn)定，根系多樣性下降。此外，根的形態(tài)屬性區(qū)別主要在于木本植物和草本植物之間;木本植物根直徑相對較粗，組織密度略高，因而壽命長;而草本植物組織密度較低，構(gòu)建成本低，壽命較短(圖d)。

　　這項工作揭開了植物生存和傳播一些隱秘的“地下規(guī)則”，對于理解植物資源獲取策略、生物地球化學(xué)循環(huán)模擬和生物多樣性保護至關(guān)重要。該理論解釋了為什么一些古老的粗根物種在進化過程中很難離開穩(wěn)定濕潤的生境，而且容易在進化過程中被淘汰。此外，該理論還可以應(yīng)用于實際的生態(tài)保護工作，例如防范和管理外來入侵物種，那些根較細、效率較高的植物很可能成為入侵種。

　　值得一提的是，這項成果凝結(jié)了論文共同第一作者兼共同通訊作者、中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 郭大立 研究員畢生對根系結(jié)構(gòu)和功能的探索。令人扼腕的是，郭大立 研究員現(xiàn)已因病與世長辭。