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2024
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碳是構成有機體的基本元素。植物如何儲存、分配和利用碳以適應多變的自然環(huán)境，一直是植物學和生態(tài)學領域關注的核心問題之一。非結構性碳水化合物(NSC，主要包含可溶性糖、淀粉等不穩(wěn)定、可被利用的碳源)，作為植物生命活動最直接的能量貨幣參與多種生理代謝功能，是植物響應和適應環(huán)境變化的重要緩沖劑，在調控植物生長和環(huán)境適應性方面發(fā)揮著重要作用。盡管如此，目前基于功能性狀的植物資源策略研究框架卻很少考慮NSC的重要功能，這極大地限制了植物生態(tài)適應機制的深入認識。葉經濟學譜和根二維性狀譜是近年來植物功能性狀領域的重要發(fā)現(xiàn)，尤其是根二維性狀譜已成為根系性狀研究的主流范式。這些重要的發(fā)現(xiàn)為探究NSC與植物地上和地下資源獲取策略的協(xié)調關系提供了絕佳的視角。然而，目前缺乏相關的野外試驗研究，針對NSC與葉和根性狀譜的關聯(lián)差異及其環(huán)境驅動機制等科學問題的認識尚屬空白?；诖?，中國科學院成都生物研究所尹華軍研究員團隊與河南農業(yè)大學孔德良教授合作，以青藏高原高寒森林代表性針葉樹種為對象（圖1），通過分析葉片和細根關鍵功能性狀、非結構性碳水化合物含量及環(huán)境因子，基于目前廣泛認知的葉經濟譜和根系經濟空間策略框架，系統(tǒng)探討了NSC與植物地上-地下經濟策略間的協(xié)調關系差異及其關鍵環(huán)境驅動因子。研究結果表明，葉片和根系存在差異化的NSC-經濟策略協(xié)調關系（圖2,3）。具體地，在地上，葉片NSC含量，尤其是可溶性糖的儲存，與葉經濟譜的資源保守端相對應，并主要受到氣溫與降雨所驅動，體現(xiàn)了植物生長速率與低溫、干旱耐受性之間的權衡。而令人意外的是，在地下，根系NSC的變化獨立于細根經濟譜，而NSC中兩個主要組分——糖和淀粉與根系覓食維度呈現(xiàn)相反的協(xié)調關系，并主要由降雨所驅動，即隨著降雨量減少，根系覓食效率增加，同時傾向于儲存更多的淀粉和較少的糖，這表明不同NSC組分在調控細根覓食功能的投資權衡。該研究首次將植物非結構性碳納入植物地上和地下經濟策略框架，系統(tǒng)揭示了NSC在塑造地上和地下多維經濟學性狀空間中的獨特作用，對于科學認識植物響應和適應環(huán)境變化的生態(tài)策略提供了新的見解。上述研究結果近期以“Contrasting coordination of non-structural carbohydrates with leaf and root economic strategies of alpine coniferous forests”為題發(fā)表在植物學領域國際著名期刊New Phytologist (2024)上。該論文第一作者為成都生物研究所特別研究助理張佩佩和鄭州大學丁俊祥博士，通訊作者為尹華軍研究員和...