（供稿人 李云霞）2024年1月2日，Science Bulletin（校定一类B刊物，中科院1区top刊物，IF=18.9）在线报道了我院饶志国团队有关溶洞植物碳同位素（δ13C）最新研究成果《Newly-found ferns in an artificially illuminated deep karst cave have the most negative known carbon isotope values》。
2020年夏，研究团队在野外考察过程中，在湖南境内的数个溶洞深处发现了在旅游用的人工灯光下生长的绿色植物。由于该类型植物很少被报道，之前仅在广西师范大学的一篇硕士学位论文（许为斌，2007）中提及过。研究团队很好奇在溶洞深处的特殊生境下，这些绿色植物的δ13C会是什么样子的？有什么样的变化特征？
2021年1月至2022年10月，研究团队对湘中千佛洞（QF）洞内人工灯光下生长的3种蕨类植物叶片样品、洞外生长的3种蕨类植物（与洞内相同的有2种）叶片样品和洞内空气CO2进行了大致的逐月采集，并进行了δ13C分析测试。同时对该洞穴内的空气温度、相对湿度、CO2浓度进行了连续监测。结果发现，QF洞内环境（空气相对湿度常年接近100%，温度常年恒定在当地年均温附近）相对稳定（图1a），但洞内空气CO2浓度（图1b）及其δ13C（图1c）具有明显的季节变化特征，夏季CO2浓度高（> 2000 ppm；现今正常大气CO2浓度约为410-420 ppm）且其δ13C较为偏负（约-20‰至-23‰；现今正常大气CO2的δ13C约为-8‰），这显然与夏季洞穴顶部植物根系呼吸作用更强有关。QF洞内3种蕨类植物的δ13C整体偏负于-36.5‰，最负值为-50.5‰，均值约为-44.7‰，其同样在夏季整体较为偏负（图1d）。无论是与全球分布的现代C3植物（图1e）和蕨类植物（图1f）、文献中报道的化石蕨类植物（图1g），还是与QF洞外生长的蕨类植物（图1h）相比，QF洞内蕨类植物δ13C值都是最为偏负的，这主要应该是由洞内空气CO2浓度相对较高且其δ13C值较为偏负造成的。
按照光合作用方式的不同，陆生高等植物主要为C3和C4植物，且C3植物δ13C值要比C4植物更为偏负，而已知最为偏负的C3植物δ13C值（约-36‰至-37‰）主要出现在热带雨林中。已有报道结果显示，在室内培养实验中，在空气CO2浓度约为2000至3000 ppm、空气CO2的δ13C值约为-25‰至-30‰的环境条件下，拟南芥植物的δ13C值可偏负至-50‰至-60‰（Lomaxet al., 2012）。研究团队首次报道了溶洞深处“半人工环境”下新发现的绿色植物及其极为偏负的δ13C值，既拓宽了对陆生植物δ13C值的认识，也为后续利用洞穴这一“半天然实验室”深入开展植物δ13C对环境变化响应的机理研究提供了基础。
我院李云霞副教授（湖南省湖湘青年英才）为该文第一作者，饶志国教授为通讯作者，江西农业大学石福习副教授（江西省青年领军人才）和团队研究生本科生为合作作者。该项工作得到了国家自然科学基金委和湖南省普通高等学校科技创新团队项目资助。湖南师范大学生命科学学院丛义艳博士和中南林业科技大学生命科学与技术学院刘文胜教授帮助进行了蕨类植物种属鉴定。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.01.001。
图1 观测时段内，QF洞内空气相对湿度和温度（a）、CO2浓度（b）、CO2的δ13C（c）、3种蕨类植物的δ13C（d）变化特征。全球分布的现代C3植物（e）、文献中报道的现代蕨类植物（f）、文献中报道的化石聚类植物（g）、以及QF洞外和洞内蕨类植物（h）δ13C分布范围的对比。
许为斌.广西岩溶洞穴植物的初步研究.硕士学位论文.桂林:广西师范大学; 2007, p. 7-9.
Lomax BH, Knight CA, Lake JA. An experimental evaluation of the use of C3δ13C plant tissue as a proxy for the paleoatmosphericδ13CO2signature of air. Geochem Geophys Geosyst 2012;13:Q0AI03.
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