12月18日，《自然》杂志旗下期刊《自然-通讯》（Nature Communications）在线发表了中国农业大学资源与环境学院、国家农业绿色发展研究院张福锁院士团队张俊伶教授课题组的研究论文《病原菌稀释效应驱动植物多样性体系增产》（Dilution of specialist pathogens drives productivity benefits from diversity in plant mixtures）。研究团队基于田间生物多样性调控试验，室内中宇宙试验及模型验证揭示了土壤病原菌的稀释效应在驱动生物多样性-生产力关系中的重要作用，为农业绿色种植体系构建提供了理论和方法支撑。

植物多样性能够提供系统生产力等多种生态系统服务功能。之前的研究将植物多样性-生产力提升关系的解释更多归因于种间资源生态位的分化，但能够证明该理论的直接证据十分有限。病原菌稀释效应是另一个重要的解释，但相关研究更多集中在动物和人类疾病方面，在植物群落中的研究较少。一方面植物多样性体系病原菌多样性较高，很难直接测量其丰度及病原菌之间的相互作用；另一方面前期研究更多关注已有明显发病现象的植株，但植物多样性体系病原菌稀释效应的假设是基于病害效应的减弱促进了植物生长。

本研究创新性的借助生态学经典的植物-土壤反馈（PSF）研究方法，结合田间试验，从植物宿主特异性病原菌的累积及病原菌对植物生长的整体效应的角度进行了研究。首先发现不同植物类群积累的病原菌群落存在差异，且病原菌差异性越大，植物的负反馈作用越强，表明植物越容易累积病原菌。进一步的微生物群落分析发现，驱动负反馈效应的主要为土壤真菌性病原菌和卵菌（图1）。在此基础上，利用微生物群落构建了预测PSF效应的线性多元回归模型及病原菌稀释效应模型。

图1 不同植物类群反馈效应，病原菌差异性及其与反馈效应之间的相关关系

田间植物多样性试验结果发现随着植物多样性增加，体系生产力提高，呈现增产效应，且这种增产效应主要是由物种间互补效应决定。进一步的分析发现，PSF效应与田间试验增产效应和互补效应呈现负相关关系，而病原菌稀释效应与两者均呈现正相关关系（图2）。微生物测序数据分析表明，潜在病原菌的相对丰度在植物多样性体系降低。因此，本研究为植物多样性体系增产提供了机理解释，即宿主特异性病原菌的累积造成的负反馈效应，而植物多样性的增加稀释了病原菌的负效应。在提高植物多样性及物种间的相互作用更复杂后，模型模拟的结果进一步证实了该结论的可靠性。

图2 PSF效应、病原菌稀释效应与植物生产力关系图

虽然种间资源生态位分化历来被认为是植物群落构建和功能发挥的重要因素，本研究工作发现宿主特异性病原菌与植物之间的动态互作关系也有助于物种共存和植物多样性-生产力关系的形成。在气候变化和人为活动影响下，有必要进一步研究PSF效应和资源分化这两种机理在植物群落结构和功能形成中的环境依赖性和相对重要性，以期更好的调控自然和农田生态系统服务功能。

资环学院王光州副教授为论文第一兼共同通讯作者，美国堪萨斯大学James Bever 教授为共同通讯作者，张福锁院士和张俊伶教授参与指导了具体工作。该研究得到了国家自然科学基金（32201330），国家重点研发计划（2021YFD1900901，2022YFD1900102）等项目资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-44253-4