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华体汇曹坤芳团队揭示不同生境木本植物水力“熔断”机制
 

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”植物生理生态与进化课题组曹坤芳教授团队在Plant Physiology发表了题为Divergent leaf and fine root“pressure-volume relationships”across habitats with varying water availability的研究论文,揭示了不同生境木本植物水力“熔断”机制。


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沿着土壤-植物-大气连续体,细根和叶片是植物与其外部环境的直接交互面。土壤与细根木质部之间以及叶脉与气孔之间的通道是植物水分运输的瓶颈,在水分胁迫条件下,细根和叶片能使植物与土壤和大气的水分连续运输发生“熔断”,从而保护植物的主要运输通道。喀斯特森林生长在土层稀薄且地下岩石漏水的生境,土壤水和养分的可利用性存在较大时空异质性,树木经常遭受水分胁迫。红树林生长于盐渍滩涂,土壤高渗透压限制根系吸水。

研究人员比较研究了喀斯特、红树林和不缺水的同质园三种不同生境中木本植物细根和叶片对缺水的脆弱性,验证假说:细根膨压的损失点发生在茎木质部栓塞和叶片膨压损失点之前,从而保护茎干和粗根运输通道免受水力失败甚至崩溃的风险。他们测量了三个生境共37种木本植物叶片和细根的压力-容积曲线、以及其中17种枝条木质部栓塞脆弱性,对比分析了器官间的水分关系和水力性状,探讨它们对生长生境适应特点。结果表明:(1) 37种木本植物中,有32种植物细根丧失膨压的水势高于其叶片,即土壤水分亏缺时细根首先失去膨压,与土壤分离,防止土壤向植物体夺水。细根萎蔫水势发在枝条木质部损失50%导水率的水势之前,从而防止木质部运输组织发生严重气穴栓塞。(2)与喀斯特植物和同质园植物相比,红树植物叶片肉质化,具有高抗萎蔫特性、高储水能力和较低比叶面积,它们的细根也一定程度肉质化,具有较高比根长和水容,柔软而细长的细根利于红树植物根系寻找盐度较低的微生境。(3)喀斯特植物叶片多为硬叶,具有高弹性模量和低水容,它们的细根抗萎蔫能力强。

综上,该研究阐明细根是植物水分运输系统的第一道安全阀,对保护整体植物免受土壤缺水胁迫起重要作用,强调红树植物和喀斯特植物应对水分亏缺胁迫不同的适应对策,关于植物水力安全机制提出了新认识。


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植物主要水力分隔机制示意图


Amy Ny Aina Aritsara博士为第一作者,曹坤芳教授为通讯作者。论文中植物叶片、细根的大部分测定由王爽和李贝妮在本科毕业设计期间完成,她们分别为第二、第三作者。该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。


论文链接:

https://doi.org/10.1093/plphys/kiac403

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