《Oecologia》：Effects of climate on leaf phenolics, insect herbivory, and their relationship in pedunculate oak (Quercus robur) across its geographic range in Europe
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在生态领域，关于生物相互作用随纬度变化的规律存在争议。为探究气候对栓皮栎（Quercus robur）化学防御和昆虫取食的影响，研究人员结合野外观察与室内饲养试验。结果发现，温度影响叶酚类物质浓度和昆虫取食，二者关系复杂。该研究为理解植物 - 食草动物相互作用提供新视角。
在生态的大舞台上，生物之间的互动就像一场神秘的舞蹈，充满了未知与惊喜。一直以来，科学家们都好奇，随着纬度的降低，生物之间的相互作用会如何变化？按照理论推测，低纬度地区较高的温度和更稳定的气候条件，应该会加强生物之间的互动，加速生物进化的步伐。就植物而言，在食草动物压力更大的低纬度地区，它们理应进化出更强的抗食草动物防御机制。然而，现实却并非如此简单。过去的研究结果可谓是五花八门，有的支持这一理论，有的却与之相悖，这让整个研究领域陷入了困惑。
为了揭开这层神秘的面纱，来自多个研究机构的科研人员踏上了探索之旅。其中，牵头的是来自西班牙 Estación Biológica de Do?ana 的 Integrative Ecology Group 的 Elena Valdés-Correcher 等人。他们将目光聚焦在栓皮栎（Quercus robur）这种在欧洲森林中具有重要生态和经济价值的树种上，试图弄清楚气候到底是如何影响它的化学防御以及昆虫取食情况的，同时也想探究这两者之间的关系究竟是怎样的。
研究人员为了开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先是广泛的野外采样，他们在 2020 年和 2021 年，于 18 个欧洲国家的不同地点，精心挑选了 168 棵栓皮栎。在每个采样点，都按照严格的标准选取样本，确保数据的代表性。其次是化学分析技术，对采集的叶片进行处理，量化其中的酚类物质，这一过程涉及复杂的提取和分析步骤，精准测定不同酚类化合物的含量。最后是实验室饲养试验，利用从栓皮栎叶片制成的半人工饲料喂养海绵蛾（Lymantria dispar）幼虫，通过控制变量，观察幼虫的生长情况。
叶酚类物质研究结果
研究人员对多种叶酚类物质进行了量化分析。结果显示，叶片中木质素（lignins）浓度平均为 8.9±0.4mg/g，黄酮类化合物（flavonoids）为 11.7±0.6mg/g，水解单宁（hydrolysable tannins）为 0.8±0.1mg/g，酚类物质总浓度为 22.4±1.1mg/g ，酚类化合物丰富度平均为 20.9±1.0，香农多样性指数（Shannon diversity index）平均为 1.12±0.01。进一步分析发现，木质素、黄酮类化合物和总酚类物质的浓度会随着温度的升高而显著增加，而酚类化合物丰富度、香农多样性指数以及水解单宁的浓度则不受温度影响。另外，香农多样性指数和水解单宁的浓度在 2020 年比 2021 年更高，其他叶酚类物质在不同年份之间没有显著差异，且所有叶酚类物质的类别以及香农多样性指数都不受降水量的影响。
昆虫取食研究结果
在自然条件下，食草动物平均会破坏叶片面积的 7.1±0.6%。模型选择表明，温度、酚类化合物丰富度、香农多样性指数、木质素、黄酮类化合物以及年份这些因素都可以用来解释昆虫取食的变化情况。其中，昆虫取食会随着采样地点温度的升高而显著减少，2021 年采集的样本中昆虫取食情况明显比前一年更严重。不过，酚类化合物丰富度、香农多样性指数、木质素和黄酮类化合物对昆虫取食并没有显著影响，它们的相对重要性较低，水解单宁同样对昆虫取食没有显著影响。
海绵蛾幼虫生长研究结果
在实验过程中，海绵蛾幼虫平均每天增重 21.69±1.77mg，平均相对生长率为 49.6% 。模型选择确定了影响幼虫最终体重的多个预测因素，包括初始幼虫体重、温度、降水量、酚类化合物丰富度、香农多样性指数、木质素浓度和酚类物质浓度。其中，幼虫的最终体重与初始体重和木质素浓度呈正相关，与橡树叶片来源地的温度呈负相关。虽然酚类化合物丰富度和香农多样性指数在模型选择分析中对最终体重有显著影响，但它们的相对重要性较低，这表明它们可能不是解释幼虫体重变化的可靠预测因素。此外，研究还发现，野外昆虫取食与实验室条件下幼虫的相对生长率（RGR）并无相关性。
研究结论表明，该研究的结果与最初的预测并不完全相符。一方面，野外昆虫取食和实验室中海绵蛾幼虫的表现都随着温度的升高而降低，这说明除了温度之外，可能还有其他因素在影响昆虫取食模式，比如食草动物群落组成的差异或者多种环境变量的相互作用。另一方面，虽然橡树叶片中酚类化合物的总浓度随着温度升高而增加，但酚类化合物与昆虫取食之间并没有明显的功能关系，这对酚类化合物作为主要防御化合物的传统观点提出了挑战。同时，木质素与海绵蛾幼虫体重之间的正相关关系也十分意外，这可能与食草动物的选择性取食以及植物其他有利特征有关。
这项研究发表在《Oecologia》上，它为理解植物 - 食草动物相互作用在气候梯度上的大规模变化提供了新的视角。通过综合野外观察和实验室实验，研究人员发现了气候、植物防御和昆虫取食之间复杂的关系。这不仅有助于深入了解生态系统中生物相互作用的机制，也为后续相关研究指明了方向，比如进一步探究长期区域气候差异对植物和昆虫的影响，以及不同食草动物类群与植物防御之间的具体关系等。
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