細(xì)根性狀（Root traits）是對植物細(xì)根功能的定量描述，理解細(xì)根性狀的協(xié)調(diào)和權(quán)衡模式有助于認(rèn)識植物地下功能及其對環(huán)境的適應(yīng)機(jī)制。然而，目前研究普遍關(guān)注植物功能的細(xì)根形態(tài)、元素等易于測量的性狀但只能間接表征植物功能的性狀，如組織密度、比根長，氮磷含量等，缺乏對直接反映植物細(xì)根功能的生理性狀的認(rèn)識，尤其是與養(yǎng)分獲取功能直接相關(guān)的細(xì)根分泌物。細(xì)根（胞外）磷酸酶作為一類重要的細(xì)根分泌物，通過水解土壤有機(jī)磷釋放出植物可直接吸收的無機(jī)磷養(yǎng)分，在植物磷獲取中發(fā)揮重要作用。細(xì)根磷酸酶活性（Root Phosphatase Activity, RPA）反映了植物“挖掘”有機(jī)磷的能力，表征了一種關(guān)鍵的植物磷獲取策略。盡管其重要性被廣泛認(rèn)識，目前尚不清楚其在植物功能群間的差異、以及與傳統(tǒng)的細(xì)根形態(tài)和化學(xué)性狀的關(guān)系，這限制了我們對植物形態(tài)和功能的理解。

北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院朱彪教授課題組系統(tǒng)構(gòu)建了一個包含全球83項研究、涵蓋514個物種的細(xì)根磷酸酶活性數(shù)據(jù)集以回答上述科學(xué)問題（圖1）。首先，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)根磷酸酶活性在生活型間（草本、木本）和菌根類型間（叢枝菌根、外生菌根）均沒有顯著差異。然而，固氮植物細(xì)根磷酸酶活性顯著高于非固氮植物（圖2）。其次，本研究結(jié)果驗證了細(xì)根性狀主要沿兩個獨(dú)立維度變化，即二維“細(xì)根經(jīng)濟(jì)空間（Root Economics Space, RES）”。一個是以組織密度和細(xì)根氮含量為代表的“保守”維度（Conservation gradient），主要刻畫細(xì)根資源獲取能力；另一個是以細(xì)根直徑和比根長為代表的“合作”維度（Collaboration gradient），主要刻畫資源獲取方式。本研究表明，細(xì)根磷酸酶活性主要位于“保守”維度的“獲取”端，這種模式在不同植物功能群之間普遍存在（圖3）。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，細(xì)根磷酸酶活性與比根長、比根面積、細(xì)根氮含量和氮磷比正相關(guān)，與細(xì)根直徑、組織密度和細(xì)根磷含量負(fù)相關(guān)，而與細(xì)根分支強(qiáng)度、菌根侵染率沒有顯著關(guān)系（圖4）。

通過全球數(shù)據(jù)整合分析，揭示了植物細(xì)根磷酸酶活性在功能群之間的差異及其與其他細(xì)根形態(tài)和化學(xué)性狀的聯(lián)系（圖5）。本研究提供了以下關(guān)鍵啟示：（1）植物細(xì)根氮-磷獲取能力緊密耦合；（2）細(xì)根磷酸酶活性主要位于二維細(xì)根經(jīng)濟(jì)空間的獲取維度；（3）植物在分泌細(xì)根磷酸酶的生理策略和適應(yīng)性改變細(xì)根結(jié)構(gòu)的形態(tài)策略之間進(jìn)行協(xié)調(diào)與權(quán)衡，平衡碳投資與磷養(yǎng)分收益；（4）植物細(xì)根磷酸酶活性能反映細(xì)根磷限制狀態(tài)。這些結(jié)果為理解植物細(xì)根性狀和磷獲取功能提供了深入見解，并為改進(jìn)植物-土壤反饋模型提供了數(shù)據(jù)支撐。

該研究于2025年12月27日以“Linking root phosphatase activity to root chemical and morphological traits across species: a global analysis”為題在線發(fā)表于New Phytologist期刊。北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院2021級直博生敖古凱麟為論文第一作者，朱彪教授為通訊作者，博士生徐長林和王旭東、以及東北林業(yè)大學(xué)韓孟光教授（原北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院博士后）共同參與了本研究。本研究得到了國家自然科學(xué)基金項目（32425038 and 32588202）的資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1111/nph.70867

圖1 本研究的采樣分布（a）、各性狀樣本量（b-d）及系統(tǒng)發(fā)育樹（e）

圖2 不同植物功能群之間細(xì)根磷酸酶活性的差異

圖3 細(xì)根磷酸酶活性在細(xì)根經(jīng)濟(jì)空間中的位置

圖4 細(xì)根磷酸酶活性與其他細(xì)根性狀的關(guān)系

圖5 細(xì)根磷酸酶活性與其他性狀的關(guān)系，及其在細(xì)根經(jīng)濟(jì)空間的位置總結(jié)