极端干旱对草甸草原优势植物非结构性碳水化合物的影响

发布时间：2021-08-27 00:14

　　植物光合作用产生的非结构性碳水化合物（NSCs）水平可以反映植物和生态系统对环境变化的响应程度。近年来,草原极端干旱事件的发生频率和持续时间增加趋势明显,对生态系统结构和功能产生深远影响。该研究以内蒙古呼伦贝尔草甸草原为研究对象,通过连续4年减少66%生长季降水量的控制实验来模拟极端干旱事件,分析草原6种优势物种和植物功能群NSCs各组分对极端干旱的响应规律与机制。结果显示,由于植物生物学、光合特性以及生理生态等特性的差异,不同物种对干旱胁迫的响应具有明显差异。这表明草地植物NSCs组分及其利用策略对干旱胁迫的响应具有物种特异性,从而导致其生物量的不同响应。将6种植物分为禾草和非禾草两类,发现干旱显著增加了禾草的淀粉含量,但对其可溶性糖含量无显著影响;相反,干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量,对其淀粉含量无显著影响,表明不同功能群采取了不同的干旱应对策略。禾草选择将光合作用固定的能量进行储存以应对干旱胁迫,其生物量对干旱响应不敏感;而非禾草选择将能量以可溶性糖的形式直接供植物生长利用以及抵御干旱胁迫,其生物量对干旱响应较为敏感。这一发现可为预测在全球气候变化背景下草甸草原生态系统... 

【文章来源】：植物生态学报. 2020,44(06)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

干旱处理对草甸草原降水量发生概率及土壤含水量的影响(平均值±标准误差)。

干旱处理和植物功能群对生物量的影响无显著交互作用,表明干旱处理对各功能群生物量的影响一致(表1)。干旱显著降低了两个功能群的地上生物量,其中非禾草功能群的响应程度高于禾草(图2)。极端干旱处理和功能群的交互作用对淀粉含量的影响显著,但对NSCs含量、可溶性糖/淀粉及可溶性糖含量的影响不显著(表1)。对照和干旱处理间的可溶性糖含量和NSCs含量具有显著性差异,但淀粉含量和可溶性糖/淀粉无显著差异(p>0.05)。不同功能群NSCs含量、淀粉含量、可溶性糖含量及可溶性糖/淀粉无显著性差异(图3)。干旱显著增加了禾草功能群的淀粉含量和可溶性糖/淀粉,但对可溶性糖含量和NSCs含量无显著影响;相反,干旱显著增加了非禾草功能群的可溶性糖含量和NSCs的含量,但对淀粉含量和可溶性糖/淀粉无显著影响(图3)。3 讨论

研究表明,草原植物的NSCs代谢过程对极端干旱的响应不仅具有物种特异性,在不同功能群也存在明显差异,本研究发现禾草功能群NSCs含量和可溶性糖含量对干旱胁迫响应不敏感,但干旱胁迫显著增加了淀粉含量。相反,非禾草的NSCs含量和可溶性糖含量在干旱胁迫下显著增加,而淀粉含量无显著变化。这说明不同功能群植物在应对干旱胁迫时对NSCs各组分的调控机制存在差异。逆境胁迫下,禾草功能群对非结构性碳水化合物的存储需求高于非禾草功能群。相反,非禾草功能群组织中的光合产物(NSCs)主要以可溶性糖的形式存在,可直接为生长、繁殖、防御等活动提供能量。此外,在干旱胁迫下,由于木质部结构差异,非禾草植物对水分运输的调节需求高于禾草植物(王云龙等,2004)。因此,非禾草组织中的NSCs主要以可溶性糖而非淀粉的形式存在。Ford和Wilson (1981)研究发现可溶性糖与植物的渗透调节能力存在直接关系,是植物长期忍受干旱环境的重要渗透调节物质,可根据土壤水分等情况调节植物细胞渗透势,使植物在缺水情况下能够进行正常的生理过程来适应干旱胁迫(Iannucci et al.,2002)。Li等(2013)研究发现,在干旱环境下,植物为满足渗透调节等生理需求会主动提高NSCs及各组分的含量。不同植物功能群的渗透调节和抗旱能力的差异会决定植物的非结构性碳水化合物代谢过程。在面临极端干旱时,不同功能群物种将采取不同的碳利用策略来适应胁迫(Chen,2008;Chen et al.,2013)。禾草优先合成淀粉,以储存更多的能量来满足干旱后的再生长,其生物量对干旱的响应不敏感。同时,一旦发生更为严峻的干旱胁迫,组织中的淀粉可立即转化为糖作为渗透底物促进木质部中水分的传导。NSCs作为渗透调节底物的功能已被前人所证实(王云龙等,2004)。相反,非禾草将同化的光合产物以可溶性糖的形式存储,直接用于抵抗环境胁迫,维持正常生理代谢活动。保持一定含量的可溶性糖水平有利于维持细胞渗透压,保持细胞水分充足,进而提高水分传输效率(Dietze et al.,2014)。


本文编号：3365249