https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/9/486336.shtm
近日，廣西大學(xué)“亞熱帶農(nóng)業(yè)資源保護(hù)與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”教授曹坤芳團(tuán)隊(duì)在《植物生理》（Plant Physiology）發(fā)表論文，闡述不同生境下木本植物水分運(yùn)輸系統(tǒng)“熔斷”機(jī)制。
沿著土壤—植物—大氣連續(xù)體，細(xì)根和葉片是植物與其外部環(huán)境的直接交互面。土壤與細(xì)根木質(zhì)部之間以及葉脈與氣孔之間的通道是植物水分運(yùn)輸?shù)钠款i。在水分脅迫條件下，細(xì)根和葉片能使植物與土壤和大氣的水分連續(xù)運(yùn)輸發(fā)生“熔斷”，從而保護(hù)植物的主要運(yùn)輸通道。
喀斯特森林生長(zhǎng)在土層稀薄且地下巖石漏水的生境，土壤水和養(yǎng)分的可利用性存在較大時(shí)空異質(zhì)性，樹(shù)木經(jīng)常遭受水分脅迫。紅樹(shù)林生長(zhǎng)于鹽漬灘涂，土壤高滲透壓限制根系吸水。為此，研究人員比較研究了喀斯特、紅樹(shù)林和不缺水的同質(zhì)園三種不同生境中生長(zhǎng)的木本植物細(xì)根和葉片對(duì)缺水的脆弱性，驗(yàn)證假說(shuō)：細(xì)根膨壓的損失點(diǎn)發(fā)生在莖木質(zhì)部栓塞和葉片膨壓損失點(diǎn)之前，從而保護(hù)莖干和粗根運(yùn)輸通道免受水力失敗甚至崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。
該團(tuán)隊(duì)測(cè)量了三個(gè)生境共37種木本植物葉片和細(xì)根的壓力—容積曲線(xiàn)，以及其中17種枝條木質(zhì)部栓塞脆弱性，對(duì)比分析了器官間的水分關(guān)系和水力性狀，探討它們對(duì)生長(zhǎng)生境適應(yīng)特點(diǎn)。結(jié)果表明：37種木本植物中，有32種植物細(xì)根喪失膨壓的水勢(shì)高于其葉片，即土壤水分虧缺時(shí)細(xì)根首先失去膨壓，與土壤分離，防止土壤向植物體奪水。細(xì)根萎蔫水勢(shì)發(fā)在枝條木質(zhì)部損失50%導(dǎo)水率的水勢(shì)之前，從而防止木質(zhì)部運(yùn)輸組織發(fā)生嚴(yán)重氣穴栓塞。
與喀斯特植物和同質(zhì)園植物相比，紅樹(shù)植物葉片肉質(zhì)化，具有高抗萎蔫特性、高儲(chǔ)水能力和較低比葉面積，它們的細(xì)根也一定程度肉質(zhì)化，具有較高比根長(zhǎng)和水容，柔軟而細(xì)長(zhǎng)的細(xì)根利于紅樹(shù)植物根系在基質(zhì)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為硬葉，具有高彈性模量和低水容，它們的細(xì)根抗萎蔫能力強(qiáng)。
該研究闡明細(xì)根是植物水分運(yùn)輸系統(tǒng)的第一道安全閥，對(duì)保護(hù)整體植物免受土壤缺水脅迫起重要作用，強(qiáng)調(diào)紅樹(shù)植物和喀斯特植物應(yīng)對(duì)水分虧缺脅迫不同的適應(yīng)對(duì)策，關(guān)于植物水力安全機(jī)制提出了新認(rèn)識(shí)。
Amy Ny Aina Aritsara博士為第一作者，王爽和李貝妮在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)期間完成大部分關(guān)于細(xì)根和葉片的相關(guān)測(cè)定，分別為第二和第三作者，曹坤芳為通訊作者。研究受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金和八桂學(xué)者人才基金資助，第一作者受?chē)?guó)家留學(xué)基金資助。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/plphys/kiac403
