根毛调控β-葡萄糖苷酶空间分布与温度敏感性的机制及其对土壤碳循环的启示

本研究通过土壤酶谱技术揭示温度与根毛形态对β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase）空间分布与动力学参数的交互影响。结果表明，高温（30°C）促使酶热点从根际向非根际扩散，而根毛通过扩大根际范围（20°C时增加21%）和提升酶促反应温度敏感性（Q10-Vmax），加剧土壤碳库消耗，为气候变化下土壤碳循环预测提供关键机理依据。

　　

Highlight

高温重塑了β-葡萄糖苷酶活性的空间格局！在30°C下，酶热点不再局限于根周，而是扩散至整个根箱；而根毛的存在将根际范围扩大21%（20°C）和9%（30°C），并通过提升V_max的温度敏感性（Q₁₀）加速纤维素分解。这一发现揭示了根毛如何通过调控底物空间分布放大酶对升温的响应。

The spatial distribution of β-glucosidase activity

β-葡萄糖苷酶活性在20°C时主要富集于根系周围，而在30°C时广泛分布于根箱全域（图1）。升温使野生型和rth3突变体的热点面积占比分别增至21.1%和22.1%（p=0.0685），且热点区域平均酶活性显著上升（图2b）。根毛使根际范围在20°C和30°C下分别扩大21%和9%，但未改变整体热点面积。酶动力学分析显示，野生型的V_max和K_m均高于突变体，且其Q₁₀-V_max更高（1.77 vs 1.54），表明根毛增强了酶反应的温度敏感性。

Discussions

温度主导了β-葡萄糖苷酶热点的分布模式：20°C时根际充足的易分解碳（C）维持了微生物活性，而30°C时升温直接激活了非根际微生物对顽固底物（如纤维素）的分解需求，导致酶热点向土体扩散。根毛通过扩大根分泌物扩散范围（Bilyera et al., 2021），缓解了底物限制，从而推迟了"抵消效应"（canceling effect）发生的距离（野生型：2.5 mm vs 突变体：1.7 mm）。这一机制使得根毛存在时酶对升温的响应更强烈，可能加速土壤碳库损失。

Conclusion

温度是调控β-葡萄糖苷酶空间分布和动力学特性的首要因素。根毛虽未改变热点总面积，但显著扩大了根际范围并提升了酶促反应的温度敏感性（Q₁₀-V_max）。根毛介导的底物空间再分配延缓了抵消效应，从而放大升温对土壤碳分解的促进作用。本研究强调需结合生物（根形态）与非生物（温度）因子的交互作用以精准预测土壤碳循环。