树木的“地下交易”：不挪窝，也在做买卖

fengfeixue0219

看似平和而安详的森林，实际上无时无刻不在进行着残酷的竞赛。在地面之上，植物需要不断地长高和扩大叶片面积，以争取得到更多的阳光和吸收更多的二氧化碳；在地面之下，植物则伸展着根系，来获得更多的水分和矿物质元素。而这一切都是为了更好地进行光合作用，从而生产植物生长所必需的有机物。

生存不易，辛辛苦苦进行光合作用产出的东西，没道理不自己留着对不对？科学家们也曾这样认为。由于不同植株之间极少存在“吃与被吃”的关系，因此，一个传统的、显而易见的观点是，光合作用的产物（或者叫“同化产物”）一旦在植物体内被合成，就不会轻易在不同植株间“易手”——除非脱落或死亡。

然而，瑞士巴塞尔大学和瑞士保罗谢尔研究所的一项研究，却向这一看似“天经地义”的观点发出了挑战。研究者们发现，植物通过枝叶合成的同化产物，会通过根系在不同植株间发生巨量的转移。换句话说，植物也会通过根系进行“地下交易”，相互交换自身合成的有机物。这一结果发表在最新一期的《科学》杂志上。

这几棵树要的二氧化碳，我承包了

根系埋藏于地下，并不轻易显露真身；而层层的分支，更使得植物的根从数十厘米粗的主根，一路分为直径不足1毫米的细根。要探究有机物在如此纤细而复杂的根系网络中如何转移，看起来几乎是一项不可能完成的任务。

不过，科学家们另辟蹊径，利用一种被称为“开放大气二氧化碳富集”的技术，使用人工提供的二氧化碳对植物体内的有机物进行标记，进而追踪了这些有机物的移动途径。

科学家们在瑞士巴塞尔地区的一片混交林中开展的这项实验，本身就是一项大工程——他们选取了5株高度近40米的挪威冷杉为实验对象，通过起重机在每棵树的树冠上布满了能释放二氧化碳的管道。通过精密的电子阀控制和传感器监测，整套FACE系统能将树冠笼罩在一定浓度的“标记用二氧化碳”氛围之中，时间长达5年之久。

这些标记用的二氧化碳跟大气中的二氧化碳有什么区别呢？严格来说，标记用的二氧化碳气体相当“纯净”——纯净到几乎只由含有12C原子的二氧化碳分子组成，而含有13C原子的二氧化碳分子含量则远低于大气中的二氧化碳水平。换句话说，科学家们是用低13C丰度的二氧化碳来标记树木的。

这样一来，那些被标记的挪威冷杉体内的碳中，13C的丰度要低于周围没有被标记的树木——包括另外5棵作为对照的挪威冷杉。这种碳同位素丰度微小的差异也足以被科学家们检测出来，从而测量树木不同组分以及不同树木间碳同位素丰度的变化，最后重构有机物在植物体内和植物间的传递和转移过程。

根系之间的大买卖

研究者们在分析与被标记的挪威冷杉相邻的树木，如欧洲赤松、欧洲山毛榉以及欧洲落叶松的13C丰度时发现，这些树木的根部，尤其是细根的13C丰度也发生了显著的下降，而它们树冠部位的13C丰度则没有显著变化。

这一结果表明，被标记的挪威冷杉的根系和周围的树木间发生了有机物的交换，低13C丰度的有机物被周围树木吸收，而其本身也获得了其他树木所产生的高13C丰度的有机物。通过对植物细根13C丰度的精细测量可以推算，一棵树木的细根中，有近40%的有机物被转移给了其他植株。如果换算到每公顷土地上，那么植物细根间交换的有机物高达每年280千克。

那么，如此大量的有机物交换是如何发生的呢？科学家们将目光投向了一大类植物的共生者：菌根真菌。人们很早之前就知道，几乎所有的树木根系表面都会有真菌附着，形成所谓菌根的复杂网络结构。菌根的存在，不但有助于水分、矿物质的吸收，更为重要的是介导了复杂的有机物合成和转运的过程。

研究者对土壤中与植物根系共生的菌根菌，以及普通的腐生真菌体内13C丰度进行了测量，发现在未被标记的树木根际土壤中，菌根菌和腐生菌具有类似的高13C丰度。而在被标记的树木及其邻近树木根际土壤中，菌根菌体内的13C丰度则显著下降，但腐生菌没有显著变化。这一现象表明，树木根系间有机物的转移，并非是由植物组织脱落、死亡、分解造成的，而是通过共生菌根菌主动进行的。

这一实验结果提示，植物之间的相互关系，远比人们之前所想象的频繁和复杂：植物根系间不但存在化学信息交流（如化感作用等）、物质资源竞争，还存在着同化产物的交换。

那么，这种“地下交易”为什么会产生呢？目前我们还不知道确切原因。一个可能的解释是，植物向共生真菌提供了大量的有机物来支持自身菌根的生长，而不同植株的不同菌根之间则会争夺和再次分配这些有机物，从而形成了有机物的多向转移。不过，这一猜想还有待进一步的研究。但无论如何，这一发现为我们打开了一扇了解森林生态系统运作规律的新窗口。