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研究闡釋不同生境木本植物水分運輸“熔斷”機制

作者:李晨     編輯:賈琦豔     来源:中国科学报   发表于: 2022-09-21 19:32  点击:

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/9/486336.shtm


近日,广西大学“亚热带农业资源保护与利用国家重点实验室”教授曹坤芳团队在《植物生理》(Plant Physiology)发表论文,阐述不同生境下木本植物水分运输系统“熔断”机制。

沿著土壤—植物—大氣連續體,細根和葉片是植物與其外部環境的直接交互面。土壤與細根木質部之間以及葉脈與氣孔之間的通道是植物水分運輸的瓶頸。在水分脅迫條件下,細根和葉片能使植物與土壤和大氣的水分連續運輸發生“熔斷”,從而保護植物的主要運輸通道。

喀斯特森林生長在土層稀薄且地下岩石漏水的生境,土壤水和養分的可利用性存在較大時空異質性,樹木經常遭受水分脅迫。紅樹林生長于鹽漬灘塗,土壤高滲透壓限制根系吸水。爲此,研究人員比較研究了喀斯特、紅樹林和不缺水的同質園三種不同生境中生長的木本植物細根和葉片對缺水的脆弱性,驗證假說:細根膨壓的損失點發生在莖木質部栓塞和葉片膨壓損失點之前,從而保護莖幹和粗根運輸通道免受水力失敗甚至崩潰的風險。

該團隊測量了三個生境共37種木本植物葉片和細根的壓力—容積曲線,以及其中17種枝條木質部栓塞脆弱性,對比分析了器官間的水分關系和水力性狀,探討它們對生長生境適應特點。結果表明:37種木本植物中,有32種植物細根喪失膨壓的水勢高于其葉片,即土壤水分虧缺時細根首先失去膨壓,與土壤分離,防止土壤向植物體奪水。細根萎蔫水勢發在枝條木質部損失50%導水率的水勢之前,從而防止木質部運輸組織發生嚴重氣穴栓塞。

與喀斯特植物和同質園植物相比,紅樹植物葉片肉質化,具有高抗萎蔫特性、高儲水能力和較低比葉面積,它們的細根也一定程度肉質化,具有較高比根長和水容,柔軟而細長的細根利于紅樹植物根系在基質柔軟的鹽漬土尋找鹽度較低的微生境。

而喀斯特植物葉片多爲硬葉,具有高彈性模量和低水容,它們的細根抗萎蔫能力強。

該研究闡明細根是植物水分運輸系統的第一道安全閥,對保護整體植物免受土壤缺水脅迫起重要作用,強調紅樹植物和喀斯特植物應對水分虧缺脅迫不同的適應對策,關于植物水力安全機制提出了新認識。

Amy Ny Aina Aritsara博士为第一作者,王爽和李贝妮在本科毕业设计期间完成大部分关于细根和叶片的相关测定,分别为第二和第三作者,曹坤芳为通讯作者。研究受国家自然科学基金和八桂学者人才基金资助,第一作者受国家留学基金资助。

相關論文信息:https://doi.org/10.1093/plphys/kiac403

 

編輯:賈琦豔

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