细根是植物获取水分和养分资源的主要器官，极易遭受病原菌侵染和植食动物取食等多重生物胁迫。因此，根系资源获取和防御功能之间的协同或权衡深刻地调控着根系驱动的植物生长发育及其环境适应能力。由于这两类功能均依赖碳和养分等资源的投入，植物如何在获取与防御之间实现资源配置与功能优化，一直是植物生态学领域关注的经典科学问题。目前在该研究领域已提出了最优防御假说和生长—分化平衡假说等诸多经典理论，为理解植物防御策略及其与生长之间的协调关系提供了重要理论基础，但这些理论主要基于地上器官或整株植物提出。相比之下，植物地下根系在资源获取与化学防御之间是否遵循相似的分配规律，或是否具有独特的协调与权衡机制，目前仍缺乏清晰科学认识。近年来，根系多维经济空间理论的提出，为理解植物地下资源利用策略提供了新的研究范式，但基于该框架系统解析根系资源获取与化学防御协调关系的研究仍十分匮乏，制约了对植物地下资源获取—防御协同机制及其多维生态策略形成规律的科学认识。
针对这一研究空白，成都生物研究所尹华军团队以西藏墨脱亚热带森林中13种共存优势树种为对象，通过综合分析细根非靶向代谢组、功能性状及根表微生物群落结构，系统揭示了根系化学防御特征与根系经济空间的协同分化规律。研究发现：（1）根系化学防御功能沿根系经济空间保守–获取和自主–外包两个维度发生协同分化（图1）。具体地，保守型和自主型根系表现出更高的防御代谢物多样性、均匀性和代谢组芳香性，而获取型和外包型根系则呈现相反特征。同时，相比保守型根系，获取型根系倾向于特异性积累更多的萜类和含氮生物碱代谢物，表明植物不同地下资源获取策略对应着差异化的防御配置模式。（2）进一步分析表明，保守型和自主型根系中病原真菌定殖水平较低，且主要与更高的防御代谢物多样性和均匀性有关，而与防御代谢物累积丰度的关联较弱（图2）。这一发现表明，相较于单纯增加少数防御物质的投入，对防御代谢物组成的整体性优化，可能更有利于提升根系抗病能力。该研究首次将根系化学防御功能纳入根系经济空间理论框架，为理解植物地下资源获取与防御功能的协同演化提供了新的理论视角（图3）。
上述研究成果以“Positioning root chemical defence functions in the root economics space across subtropical tree species”为题，发表于国际植物学领域顶级期刊New Phytologist。论文第一作者为中国科学院成都生物研究所博士生杨涵，通讯作者为尹华军研究员和张佩佩副研究员。论文的合作者还包括成都生物所王吉鹏副研究员，特别研究助理王光如，博士生王敦刚和李敏。本研究得到了国家自然科学基金和中国博士后科学基金的资助。
本研究是团队围绕前期提出的“根际功能性状”理论框架取得的又一重要进展，进一步将化学防御维度纳入根际生态策略研究，丰富和拓展了该理论框架的生态学内涵（Zhang et al., 2025, Plant Communications）。近年来，团队围绕这一理论框架持续开展了系统性研究，相继揭示了根系分泌物化学特性介导树木环境适应策略的生态机制（Yang et al., 2025, Journal of Ecology，封面论文），阐明了根系分泌物化学多样性驱动共存树种根系与根际微生物养分获取策略协同的作用机制（Yang et al., 2026, Ecology Letters）。上述系列研究从根际视角拓展了植物生态适应性策略理论，为深入理解森林群落稳定性、物种共存及生物多样性维持等经典生态学问题提供了新的理论见解。
原文链接：https://doi.org/10.1111/nph.71421
图1 根系防御代谢物多样性与根系资源获取策略的关联
图2 根系防御代谢物多样性与表达量对病原真菌多样性及相对丰度的影响
图3 根系资源获取—化学防御协同策略及其对病原菌定殖影响的概念框架图