镍超积累与叶片经济谱无关？马来西亚超镁铁质植物群落研究揭示关键联系

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《Plant and Soil》：Nickel hyperaccumulation is independent of the leaf economics spectrum, although it may be linked to plant water balance in an ultramafic plant community from Sabah (Malaysia)

【字体：大中小】 时间：2025年04月01日 来源：Plant and Soil 3.9

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　　为探究镍（Ni）超积累植物与非超积累植物在叶片经济谱上的差异，研究人员对马来西亚沙巴同一超镁铁质群落的 5 种超积累植物和 10 种非超积累植物开展研究。结果表明 Ni 超积累与叶片经济谱无关，而与植物水分平衡相关，该研究有助于理解植物超积累机制。

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　　镍，这个在元素周期表中占据重要位置的金属，在植物的生长舞台上扮演着怎样的角色呢？一直以来，金属超积累现象就像植物世界里的神秘宝藏，吸引着众多科研人员去探索。镍超积累植物能够在叶片中储存大量的镍元素，可对于这种超积累现象与植物其他特性之间的联系，科学家们还没有完全弄清楚。比如，镍超积累和叶片经济谱之间究竟有没有关系？这一问题如同迷雾，笼罩在植物学研究的领域中。一些研究暗示超积累或许和快速获取资源的特性，又或者和养分、水分保存的特性相关，但始终缺乏确凿证据证明镍超积累在叶片经济谱中所起的作用。为了驱散这片迷雾，来自法国洛林大学（Université de Lorraine）、西班牙维戈大学（Universidade de Vigo）等多个机构的研究人员踏上了探索之旅，他们的研究成果发表在了《Plant and Soil》杂志上。
研究人员选择了马来西亚沙巴的布基隆波尤（Bukit Lompoyou）地区，这里拥有丰富的超镁铁质土壤，生长着众多镍超积累植物和非超积累植物，是绝佳的研究场地。在这个研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先是样本采集，他们沿着 Kinabalu 公园边界设置线性样带，挑选出 5 种镍超积累植物和 10 种非超积累植物，采集植物的叶片和土壤样本。然后对土壤样本进行多项分析，包括测定土壤的酸碱度、阳离子交换容量、各种元素的含量等；对植物叶片样本，测量其结构性状如比叶面积（SLA）、叶干物质含量（LDMC），以及化学性状如碳同位素分馏（Δ）、多种元素的浓度等。最后利用主成分分析（PCA）、线性混合模型等统计方法，深入剖析数据之间的关系。
研究结果主要通过以下几个方面呈现：

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土壤特性：研究区域的土壤呈微酸性，具有超镁铁质土壤的典型特征，像基本养分浓度低、铁和镍等微量元素浓度高。而且，超积累植物和非超积累植物下方土壤的各项参数没有显著差异，这表明植物对镍等元素的吸收差异并非由土壤条件导致。
系统发育聚类：通过构建系统发育树发现，超积累植物存在一定的系统发育聚类现象，但镍积累性状并没有显著的系统发育信号，不过比叶面积有显著信号，叶干物质含量有一定趋势。
植物性状：镍在超积累植物和非超积累植物叶片中的浓度差异巨大，超积累植物叶片镍平均浓度达到，非超积累植物仅约。除镍之外，其他叶性状在两类植物中的范围有重叠。主成分分析得出三个主成分，第一主成分（PC1）代表叶片经济谱，第二主成分（PC2）代表超积累和水分利用效率，第三主成分（PC3）代表钙镁平衡。线性混合效应模型显示，碳同位素分馏（Δ）和叶片钾（K）浓度对镍积累有显著影响。
在讨论部分，研究人员发现镍超积累与叶片经济谱并无明显关联，却和水分利用效率密切相关。超积累植物在 PC2 上的得分显著高于非超积累植物，这意味着在超积累植物中，镍积累越多，气孔导度越高，蒸腾作用越强，水分利用效率越低，而且镍可能会部分替代钾在植物水分平衡中的作用。同时，研究还发现不同植物对镁（Mg）的吸收策略不同，超积累植物倾向于限制镁的吸收，而非超积累植物中叶片镁浓度会随镍浓度增加而显著上升。此外，虽然超积累植物在叶片经济谱上没有明显不同策略，但它们的氮（N）、磷（P）、钾浓度往往更高，暗示着它们可能有更强的养分获取能力。
总的来说，这项研究揭示了在沙巴超镁铁质土壤上，镍超积累与叶片经济谱整体并无关联，而是和水分利用效率策略相关，这一发现为理解镍超积累植物的生态适应性提供了新视角，支持了镍超积累在抗旱和渗透调节方面作用的假设。不过，研究也指出还需要更多实验来深入了解超积累、环境约束和功能性状之间关系的内在机制，为未来植物学研究指明了方向。