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植物葉片中蘊藏著數以萬計的代謝物分子，這些被稱為“代謝組”的化合物不僅是植物應對高溫、干旱等環境脅迫的“生存工具庫”，更是其與外界生物互動的“化學語言”。它們既能吸引傳粉者促進繁殖，又能合成毒素抵御病蟲害，甚至通過調控資源分配(如優先合成防御物質還是生長所需的糖類)影響植物的生存策略。傳統研究多關注種間變異(即不同物種間的代謝物差異)，并常用物種平均值代表整個種群。然而，在熱帶森林中，同一物種的不同個體間往往存在顯著的種內變異—個體間因遺傳差異或所處微環境的不同，可能產生截然不同的代謝物組合。這種個體層面的差異不僅影響單株植物的存活與繁殖，還可能通過改變種間競爭關系，從而塑造整個群落的多樣性結構。

近年來基于功能生態學的研究越來越強調，忽略種內變異可能導致對森林動態的錯誤預測。例如，基于物種平均值的模型可能低估個體樹木應對氣候變化的能力。然而，關于代謝物層面上的種內變異，核心科學問題仍然未解：(1)種內代謝物變異在群落總體代謝物變異中的重要性如何?(2)遺傳多樣性、非生物環境和生物環境在種內代謝物變異中的相對作用如何?(3)這些驅動因素的相對重要性是否因代謝物的生物合成途徑及其功能差異而有所不同?

為解答這些關鍵問題，中國科學院西雙版納熱帶植物園(以下簡稱“版納植物園”)森林生態系統結構、功能與動態研究組與美國德克薩斯大學、德國馬爾堡大學、美國賓夕法尼亞州立大學和美國圣母大學的研究團隊合作，在中國西南熱帶季節雨林中選取了10個優勢樹種共300個個體，創新性整合非靶向代謝組學與限制性位點相關DNA測序技術，系統解析葉片代謝物種內變異的驅動機制。通過解析不同生物合成途徑，研究團隊系統量化了遺傳距離、非生物環境及生物環境對種內代謝物變異的相對貢獻。研究發現，種內變異是群落水平代謝物多樣性的主要來源，其貢獻甚至超過物種水平。不同生物合成途徑和物種間，這些驅動因子的相對重要性存在顯著差異，生物因素(如鄰體效應、蟲食壓力)對總代謝物和次級代謝物的調控占據主導地位，而非生物環境(如光照、土壤等)則強烈驅動初級代謝物(如碳水化合物)的變異。該研究揭示了種內變異在維持熱帶森林樹種代謝多樣性中的核心作用，表明物種依賴特定代謝物類別適應環境壓力，而遺傳、非生物與生物因素通過途徑特異性機制協同驅動種內變異。

該成果是版納植物園森林生態學研究團隊基于樹種化合物在探討多性狀維度的生態位分化(Yanget al.,Journal of Ecology,2024;Wanget al.,Journal of Ecology,2022)、熱帶森林植物化學多樣性對植食性的影響(Wanget al.,Ecology Letters,2023)，以及基于植物化學多樣性多樣性揭示熱帶地區高多樣性機制(Sun et al.,Nature Ecology & Evolution,2024)等多個前沿領域后，取得的又一重要標志性進展。

相關研究成果以“Genetic and environmental drivers of intraspecific variation in foliar metabolites in a tropical tree community”為題，發表在國際知名植物學期刊New Phytologist上。版納植物園森林生態系統結構、功能與動態研究組博士研究生何云雲為第一作者，楊潔研究員和徐國瑞副研究員為通訊作者。該研究在數據采集和分析過程中得到了云南西雙版納森林生態系統國家野外科學觀測研究站補蚌工作站和中國科學院昆明植物研究所分析測試中心的支持，并得到了中美生物多樣性合作研究項目、國家自然科學基金、中國科學院、云南省、版納植物園“十四五”等項目的資助，在此表示感謝。

圖1. 10個優勢物種葉片代謝物組成及不同生物層次貢獻的方差分解分析。

圖2.遺傳與非生物/生物因素對代謝物種內變異的貢獻。

圖3.遺傳與非生物/生物因素對七類代謝物種內變異的貢獻。