植物木質部耐栓塞能力研究獲進展

2020-11-26 生物谷



過去一段時間中，全球極端乾旱事件頻發，在全球範圍內造成森林衰退和樹木死亡。關於乾旱誘發樹木死亡的機制及如何預測未來森林的響應是當前的研究熱點，極端乾旱誘發的木質部栓塞（即導管或管胞被氣體填充失去水分傳導功能）被認為是引起樹木死亡的重要機制。已有研究表明，物種在乾旱中的表現與其木質部的栓塞抗性（P50，發生50%栓塞時候的水勢）密切相關，因此，P50的大小被寄予可用於未來森林預測乾旱響應的厚望。


如何評估植物的栓塞抗性是植物生理學的研究重點，技術進步推動了相關實驗手段的快速發展。學界已產生處多種研究方法，例如，科研人員從最初傳統的測定植物導水能力下降推測栓塞程度的自然乾燥法（bench-top dehydration）和依靠氣穴室人工加壓的注氣法（air-injection），發展出依靠大型高精度的X射線斷層掃描（MircroCT）、利用核磁共振（MRI）、超聲（Ultrasonic）影像，以探測導管內部的栓塞，使科研人員可對栓塞導管進行可視化觀測，從而更直接地監測其動態變化；但是這些昂貴設備只有少部分實驗室才能配備。最近出現的兩種新方法——利用水分和空氣對可見光折射率的不同來直接掃描導管的光學掃描法（optical method，OP）和抽取導管栓塞導管內部的氣體量的氣體動力學法（pneumatic-air-discharge method，PAD），這些方法由於對設備要求較低、操作簡單，得到科研人員的重視，並推動相關研究的發展。但不同方法常帶來不同結果，這對研究造成爭議。長期以來，對於不同方法可靠性的評價是植物水分生理研究的重要方面。


中國科學院西雙版納熱帶植物園植物生理生態研究組研究人員梳理了當前植物水分生理研究中使用的五種植物栓塞能力以測定手段在熱帶物種中的適應性，包括傳統實驗手段（自然乾燥法和注氣法）和最新的

實驗方法

（MicroCT掃描、光學掃描和氣體動力學法）。研究選取了相同生境中五種具有不同解剖結構的熱帶木本種類，測定並比較上述五種方法耐栓塞能力的差異；對比野外自然條件下物種原位的實際栓塞程度與基於不同方法的模型預測值之間的差異。研究發現，利用相同的實驗材料排除了樣品的系統差異，但不同方法得到的結果具有顯著差異，基於不同方法對於物種耐栓塞化能力（耐旱性）可能得出不同結果。針對其中兩種易造成測定假象的方法，研究人員指出造成誤差的可能原因並進行實驗驗證。


儘管此前也有類似關於方法的比較研究（如僅2010年以來，就有19項研究報導），但與之相比，該研究的主要創新性體現在兩方面：選材上綜合考慮不同解剖類型的物種，同時在單項研究中利用相同材料引入上述五種方法，結果具有普遍性；研究對存在系統性誤差的方法提出解釋，並進行實驗驗證。該研究表明，植物對於乾旱引起的栓塞有一定抵禦能力，一般在乾旱條件下不易發生。此前發表的關於植物耐栓塞能力的成果，由於方法上的系統性誤差，部分研究可能低估了植物木質部對栓塞的抗性。因此，一些基於文獻的meta分析，其結論有待進一步確認。該研究對當前氣候模型中，關於未來森林對極端乾旱的響應具有應用價值。


相關研究成果以Quantifying vulnerability to embolism in tropical trees and lianas using five methods：Can discrepancies be explained by xylem structural traits？為題，在線發表在New Phytologist上。(

生物谷

Bioon.com）


相關焦點

  • 春季針葉樹木質部第一個細胞發育的環境啟動外因及機制研究獲進展
    然而，與有著近200年觀測歷史的樹木枝葉芽物候相比，樹皮以下樹幹木質部物候（如形成層活動、木質部組織形成、韌皮部形成）則一直難以被詳細監測。這導致木質部生長和環境條件之間的反饋調節機制至今不明，影響了對全球變暖下陸地森林生產力和碳收支的準確評估。
  • 春季針葉樹木質部第一個細胞發育的環境啟動外因及機制研究獲進展
    然而，與有著近200年觀測歷史的樹木枝葉芽物候相比，樹皮以下樹幹木質部物候（如形成層活動、木質部組織形成、韌皮部形成）則一直難以被詳細監測。這導致木質部生長和環境條件之間的反饋調節機制至今不明，影響了對全球變暖下陸地森林生產力和碳收支的準確評估。
  • 什麼是植物的木質部?玉米木質部汁液蛋白組的情況是如何呢?
    木質部是植物體內水分、養分長距離運輸的通道。木質部汁液中除了含有水分和礦質養分之外，還含有植物激素、多胺、碳水化合物、有機酸、胺基酸和蛋白質，其組成成分隨植物種類的不同而有所差別。自 Biles和 Abeles（1991）首次在木質部汁液中發現源於根系的過氧化物酶開始，關於木質部汁液中蛋白質組學的研究呈現出迅猛發展的趨勢，先後定性鑑定出油菜、玉米、大豆和白楊木等植物木質部汁液中的蛋白質組分。近年來，有關木質部汁液中蛋白質應對各種生物和非生物脅迫的研究越來越多。當水稻受到X. oryzae病菌侵染時，木質部汁液中的過氧化物酶含量明顯升高。
  • 植物所在甜高粱吸收重金屬鎘分子機理研究方面取得進展
    植物所在甜高粱吸收重金屬鎘分子機理研究方面取得進展 2017-09-18 植物研究所 【字體因此，解析甜高粱吸收鎘的生理和分子機理、促進鎘從根向地上部分的轉運是提高甜高粱吸收鎘能力的重要前提。　　中國科學院植物研究所李銀心研究組對來自全球不同地區的96個甜高粱品系進行了篩選，發現不同品系對鎘的耐受、吸收和轉運能力具有很大差異。根據篩選結果，研究人員以鎘轉運能力強和弱的兩個甜高粱品系H18和L69（鎘轉運係數相差4倍）為材料，針對影響甜高粱吸收和轉運鎘的關鍵因素開展研究。
  • 春季針葉樹木質部第一個細胞發育的環境啟動外因及機制研究中取得重大進展
    2020年8月5日，《美國國家科學院院刊》（PNAS）在線發表了中國科學院華南植物園的最新研究成果 「Photoperiod and temperature as dominant environmental drivers triggering secondary growth resumption in Northern Hemisphere conifers」。
  • 科學家揭示針葉樹木質部第一個細胞發育機制
    本報訊（記者朱漢斌 通訊員周飛）中科院華南植物園研究員黃建國與國內外合作者在揭示春季針葉樹木質部第一個細胞發育的環境啟動外因及機制研究中取得重大進展。相關研究成果8月5日在線發表於美國《國家科學院院刊》。樹木物候被普遍認為對環境變化敏感，為了解植被與氣候變化之間的反饋關係提供了關鍵指徵。
  • 早期陸生維管植物起源和演化研究獲進展
    北京大學地球與空間科學學院郝守剛教授領導的古植物研究組在國家自然科學基金的持續支持下，通過長期不懈的努力研究，提出了與這些傳統觀念完全不同的觀點。 最近，該研究組發現了目前世界上最古老的根。這是一種發現於雲南4.1億年前（早泥盆世）的地層中裸蕨植物工蕨類的簇生根。
  • 光周期促進春季樹木木質部發育的機制獲揭示
    中科院華南植物園研究員黃建國團隊與國內外同行，利用過程模型等方法，揭示光周期促進春季樹木木質部發育的機制。
  • 中國蘇鐵屬植物的遺傳多樣性和保護研究獲進展
    中國蘇鐵屬植物的遺傳多樣性和保護研究獲進展 2017-04-13 昆明植物研究所 【字體：大 中 小】 近日，該研究組博士鄭穎基於近二十年來蘇鐵類植物的系統分類和遺傳多樣性研究進展，綜述了中國蘇鐵屬植物的分布格局（如圖）、遺傳多樣性、遺傳結構和保護現狀；在物種水平上，中國蘇鐵屬植物具有較高的遺傳多樣性，居群間遺傳分化顯著；中國西南地區的大部分蘇鐵物種在第四紀冰期經歷了居群收縮事件，而沿海分布的物種卻發生了居群擴張；人類活動和生境破碎化是導致蘇鐵瀕危的主要因素。
  • 科學網—植物水分傳導脆弱性分區假說獲進展
    中科院華南植物園
  • 30年植物免疫研究後，還有哪些懸而未決的重大科學問題？
    在這裡，我們總結了細胞外免疫、細胞表面和細胞內免疫受體對免疫原性信號的感知、組織和細胞內免疫反應的異質性等方面的最新進展和我們的觀點，翻譯調控作為植物免疫誘導的關鍵控制層，以及生物鐘在打破植物疾病三角中的作用。在根部不斷暴露於土壤微生物的情況下，植物如何區分有益微生物與病原體並建立根際免疫仍然大部分未知。
  • 植物生物質或可更有效轉化為生物燃料
    美國麻薩諸塞大學阿默斯特分校的Sam Hazen和加利福尼亞大學戴維斯分校的Siobhan Brady等植物遺傳學家發現了通過纖維素、半纖維素和木質素這三種聚合物的合成來控制細胞壁增厚的基因調控網絡。　　他們說，最嚴格的聚合物—木質素，是從用於製造生物燃料的植物中提取糖的「一個主要障礙」。
  • 針闊葉混交林研究獲進展
    記者從中科院華南植物園獲悉，該園鼎湖山研究站博士生李義勇在該站森林生態系統移位實驗平臺中，以針闊葉混交林為研究對象，探究不同植物光合作用以及土壤有機碳累積對溫度改變的響應機制
  • 植物維管發育表觀調控機製取得進展
    該研究藉助獨特的擬南芥管狀分子異位誘導系統VISUAL（Vascular Induced System Using Arabidopsis Leaves），通過一系列的甲基化組和轉錄組分析，確定了DNA主動去甲基化在維管發育中的作用，並揭示了木質部管狀分子分化的表觀遺傳調控機制。
  • 昆明植物所雙子葉胚乳型種子基因組DNA甲基化研究獲進展
    昆明植物所雙子葉胚乳型種子基因組DNA甲基化研究獲進展 來源：昆明植物研究所   發布者：張薦轅   日期：2016-05-06   今日/總瀏覽：4/3206
  • 紅樹林植物次生代謝產物研究獲進展
    紅樹林植物富含結構新穎獨特的、生物活性多樣的次生代謝產物。中科院上海藥物研究所郭躍偉課題組在對兩種紅樹林植物擬海桑Sonneratia paracaseolaris和木欖Bruguiera gymnorrhiza化學成分及生物活性研究過程中，取得重要研究進展。
  • 森林植物光合熱馴化研究獲進展
    全球變暖正在導致一個較高的平均日間溫度，這在很多生物群系中的效應正在體現出來，那麼在植被生態系統中植物在光飽和條件下的淨光合速率（Anet）如何響應持續的日間溫度變化即其適應（馴化）程度及內在機制還一直未得到充分的研究。而這個研究對於無論目前還是未來升溫情境下熱適應對植物功能的重要性是一個關鍵的知識空白，也限制著地球系統模型（ESM模型）的預測精度和實現程度。
  • 武漢植物園真雙子葉植物基部類群葉綠體基因組研究獲進展
    武漢植物園真雙子葉植物基部類群葉綠體基因組研究獲進展 2017-09-26 武漢植物園 【字體 　　為了更好地研究真雙子葉植物基部類群葉綠體基因組的進化趨勢，中國科學院武漢植物園博士孫延霞對
  • 葫蘆科藥用植物活性化學成分研究獲進展
    近日，由昆明植物所邱明華研究員主持完成的研究成果「葫蘆科藥用植物活性化學成分研究」榮獲2008年度雲南省自然科學二等獎。該成果在獲得國家自然科學基金和雲南省自然科學基金資助基礎下，通過採用植物化學的分離提取、結構鑑定、活性篩選等研究方法和現代技術手段，展開了對具有代表意義的葫蘆科植物的化學成分的結構及生物活性的研究，取得如下進展：發現了一系列葫蘆科化學成分新資源：首次，解析了藥物雪膽素的結構，並發現了中華雪膽、大籽雪膽、馬銅鈴雪膽、藤三七雪膽、肉花雪膽、多果雪膽、金佛山雪膽、大序雪膽、大序大花雪膽等九種高含量雪膽素的資源植物
  • 水稻大粒顯性突變體研究獲進展
    ——科學家在水稻大粒顯性突變體研究中獲進展 　　BG1可顯著提高水稻及擬南芥的生物量和產量生長素作為最重要的植物激素之一，參與了植物生長發育的眾多重要過程。儘管生長素的合成、運輸和信號轉導在模式植物擬南芥中研究已比較深入，然而其在作物中的研究和對作物產量的影響仍知之甚少。