近日，南方科技大学环境科学与工程学院副教授王俊坚课题组联合河南农业大学教授孔德良课题组，以“Molecular-level carbon traits underlie multi-dimensional fine root economics space”为题在国际学术期刊 Nature Plants 发表研究论文。课题组应用核磁共振，解析了热带树种细根分子水平碳性状，并阐释了分子水平碳性状在塑造细根多维经济性状空间方面的潜在作用。

碳是构成陆地绝大多数生命体基本骨架的重要元素。长期以来，人们往往关注植物总碳含量，对其多样的含碳化合物的组成、含量和多样性（即分子水平碳性状）的变异规律及其生态和进化意义知之甚少，尤其是隐藏在土壤中的“冰山”——细根。为此，课题组收集了66种热带树木的细根样本，利用¹³C核磁共振分析，量化了细根中来源于不同化合物及官能团的碳组分相对丰度，构建起其分子水平碳性状与常见细根经济性状的耦合关系。在此基础上，还与全球尺度的性状数据集进行对比分析，以检验研究所揭示规律的普遍性。

图1 分子水平碳性状与细根经济空间耦合的示意图

研究首次发现了分子水平碳性状两个主要的变异维度，且与广为熟知的由根形态和养分性状构成的根多维性状空间（即细根经济空间）高度耦合，这表明细根多维经济空间的形成有重要的分子基础。不同的含碳化合物往往具有不同的生理和生态功能，因此，分子水平碳性状相对于总碳含量更能揭示细根的功能、多样性和环境适应。例如，细根直径较细的物种倾向于在含氧烷基碳（主要源于纤维素半纤维素等碳水化合物）上投入更多，以促进根自身的养分获取（即“自给自足策略”）；具有较大组织密度的细根（即“保守策略”，与“自给自足策略”独立）的物种在芳香族化合物（主要源于木质素）上投入较多，在含氮或含羰基化合物上投入较少，这将形成较慢的新陈代谢和较高的防御能力。

此外，本研究及全球尺度的数据集表明，细根的关键碳性状均与细根常见的功能性状之间都存在较好的耦合关系。譬如，根木质素含量与组织密度正相关，而纤维素和半纤维素含量与细根直径负相关，这说明分子水平碳性状与细根多维经济空间之间的耦合可能是一个普遍现象。

本研究首次揭示了分子水平碳性状在塑造细根经济空间中的重要作用。这一发现不仅为理解植物根系形态和功能的多样性提供了全新的分子尺度的见解，对于理解植物进化、物种共存以及对异质环境的适应性等方面皆具有重要意义。

南方科技大学环境科学与工程学院博士后王梦柯为论文第一作者，王俊坚副教授与河南农业大学孔德良教授为论文共同通讯作者。南方科技大学为论文第一单位和通讯作者单位。该研究成果获得了国家自然科学基金、广东省自然科学基金等科研项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41477-024-01700-4

供稿：环境科学与工程学院

通讯员：周亦潆

编辑：曾昱雯

主图：李嘉慧