2024年8月，法国克莱蒙奥弗涅大学的Nicolas Gross等人在Nature发表了题为Unforeseen plant phenotypic diversity in a dry and grazed world的文章，通过非生物胁迫对植物化学和形态性状的影响研究了全球干旱地区中植物表型多样性，旨在揭示严酷环境条件对植物性状多样性的调控。

doi : 10.1038/s41586-024-07731-3

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干旱加剧和放牧压力对地表植物表型多样性的影响机制科学界尚未有定论。为了深入探究其协变关系，该研究聚焦于20种关键的化学和形态性状收集了六大洲326个样地包括301种多年生植物的1,347个观测结果和133,769个性状测量值，利用性状超体积(Trait Hypervolume)量化植物表型多样性，采用滑动窗口分析方法细致评估了干旱和放牧压力对植物表型多样性的动态影响。

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结果表明，最干旱和放牧强度最高地区的植物表现出最高性状多样性，这些地区的植物展现了如快速生长的高大物种和养分需求低的小物种共存的独特生长策略。干旱环境催生了植物功能对比策略，如高N-P-K(氮磷钾含量)和低LDMC(叶干物质含量)的快速生长与低N-P-K和高LDMC的保守共存。

图1.全球旱地草原植物性状多样性的调查

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干旱和放牧压力会导致植物叶片中不同化学元素含量变化：高干旱条件下，植物叶片中主要和次要营养元素相关性减弱，化学元素多样性增加K和Ca等元素积累以增强耐旱性；放牧压力下，植物增加N和P浓度提升营养价值，吸引食草动物采食其不可食部分以减少采食压力，并激发防御机制，增加毒性化合物或抗氧化剂的合成元素，抵御放牧带来的机械损伤和生物胁迫。

图2.干旱和放牧压力下旱地植物性状多样性增加

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研究发现，干旱和放牧压力对全球干旱地区植物性状协变具有显著影响，0.7的干旱度阈值是性状多样性激增的关键点。干旱指数超过0.7后，性状协变减少而极端表型增多，植物性状多样性增加88%；但随放牧压力增加，干旱阈值越低的地区植物性状多样性越高。

图3.不同干旱阈值对植物性状多样性的影响

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环境筛选概念预测极端环境会减少植物性状多样性，但实际上干旱地区植物展现出惊人的形态和功能多样性，是生物多样性的重要来源。在极端环境中植物表现出的适应性和表型独特性昭示了干旱地区作为全球植物表型多样性重要储存库的地位，这些地区的生物多样性和生态系统功能对应对全球变化至关重要。

图4.放牧压力与干旱程度相互作用植物性状的影响

该研究调查了跨越六大洲326个样地的301种多年生植物的133,769个性状测量数据，结果表明干旱地区是全球植物表型多样性的重要储存库，揭示了植物应对气候变化和土地紧缺等环境压力的多种策略。

doi :10.1038/s41586-024-07731-3