Similar Growth Performance but Contrasting Biomass Allocation of Root-Flooded Terrestrial Plant Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. in Response to Nutrient Versus Dissolved Oxygen Stress.

根淹水陸生植物空心蓮子草在營(yíng)養(yǎng)與溶解氧脅迫下相似的生長(zhǎng)性能但對(duì)比的生物量分配。

來(lái)源：Frontiers in Plant Science, Volume 10, Article 111, February 2019

《植物科學(xué)前沿》，第10卷，文章編號(hào)111，2019年2月

 

摘要：

論文摘要指出，陸生植物在淹沒(méi)時(shí)可能經(jīng)歷營(yíng)養(yǎng)和氧氣脅迫，隨著氣候變化，洪水事件增加。研究以空心蓮子草為模型，比較營(yíng)養(yǎng)缺乏和溶解氧缺乏對(duì)根淹水植物生長(zhǎng)、生物量分配、根效率和根通氣組織的影響。結(jié)果顯示，兩種脅迫都抑制生長(zhǎng)，但響應(yīng)不同：營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)增加根生物量分配，根效率低；溶解氧缺乏時(shí)減少根生物量分配，但根效率高，且根通氣組織通道擴(kuò)大，這可能有助于洪水耐受性。

 

研究目的：

研究目的是探討營(yíng)養(yǎng)和溶解氧可用性對(duì)根淹水植物生長(zhǎng)、生物量分配和根性狀的影響。具體問(wèn)題包括：生長(zhǎng)是否受營(yíng)養(yǎng)和溶解氧短缺抑制？植物是否在兩種脅迫下類似增強(qiáng)根生物量分配？根效率是否類似降低？?jī)煞N脅迫是否類似影響根通氣組織形成？以深化對(duì)植物洪水耐受機(jī)制的理解。

 

研究思路：

研究設(shè)計(jì)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：營(yíng)養(yǎng)處理實(shí)驗(yàn)（三個(gè)營(yíng)養(yǎng)水平：5%、50%、100%強(qiáng)度Hoagland溶液）和溶解氧處理實(shí)驗(yàn)（三個(gè)溶解氧水平：5%、50%、100%空氣飽和度）。使用空心蓮子草插條，在控制條件下進(jìn)行根淹水處理，測(cè)量植物生長(zhǎng)率、生物量分配、根性狀（如根數(shù)、長(zhǎng)度、表面積、體積、孔隙度、通氣組織通道大小）。通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法（如ANOVA、回歸分析）比較不同處理下的差異，以揭示植物應(yīng)對(duì)脅迫的策略。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1. 相對(duì)生長(zhǎng)率（RGR_FW和RGR_H）：來(lái)自表1。研究意義：顯示營(yíng)養(yǎng)和溶解氧缺乏都顯著抑制植物生長(zhǎng)，驗(yàn)證脅迫對(duì)植物生理的直接負(fù)面影響，為比較兩種脅迫效應(yīng)提供基礎(chǔ)。

 

2. 生物量分配到根：來(lái)自圖1。研究意義：營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)增加根分配以增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)吸收，體現(xiàn)資源獲取策略；溶解氧缺乏時(shí)減少分配但通過(guò)其他機(jī)制維持功能，顯示植物對(duì)不同脅迫的差異化適應(yīng)，挑戰(zhàn)傳統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)分配理論。

 

3. 根生產(chǎn)指標(biāo)（根數(shù)、總長(zhǎng)度、表面積:體積比）：來(lái)自表2。研究意義：營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)根更細(xì)長(zhǎng)以擴(kuò)大吸收面，溶解氧缺乏時(shí)根數(shù)減少但形態(tài)調(diào)整，反映根可塑性在脅迫響應(yīng)中的關(guān)鍵作用，助于理解根形態(tài)與功能關(guān)系。

 

4. 根效率（植物鮮重與根表面積的關(guān)系）：來(lái)自表3和圖2。研究意義：營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)根效率低，表明單位根表面積的營(yíng)養(yǎng)吸收不足；溶解氧缺乏時(shí)根效率高，提示氧脅迫下根功能優(yōu)化，可能與內(nèi)部氧改善有關(guān)，為洪水耐受機(jī)制提供線索。

 

 

5. 根孔隙度和通氣組織通道大小：來(lái)自圖4和圖5。研究意義：孔隙度無(wú)變化，但溶解氧缺乏時(shí)通氣組織通道擴(kuò)大，增強(qiáng)氣體傳導(dǎo)和氧供應(yīng)，直接支持根在低氧環(huán)境下的營(yíng)養(yǎng)吸收能力，突出通氣組織形態(tài)在脅迫響應(yīng)中的重要性。

 

 

結(jié)論：

營(yíng)養(yǎng)和溶解氧缺乏都抑制空心蓮子草生長(zhǎng)，但植物響應(yīng)機(jī)制對(duì)比鮮明。營(yíng)養(yǎng)缺乏時(shí)，植物增加根生物量分配和根長(zhǎng)度，但根效率低；溶解氧缺乏時(shí)，植物減少根分配，但根效率高，且通氣組織通道擴(kuò)大，這可能通過(guò)改善內(nèi)部氧供應(yīng)增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)吸收。研究表明，植物對(duì)不同脅迫采用差異化策略，根形態(tài)和通氣組織調(diào)整在洪水耐受中起關(guān)鍵作用，對(duì)預(yù)測(cè)氣候變化下植物適應(yīng)有啟示。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義：

研究中使用丹麥Unisense氧微電極（型號(hào)OX50，尖端直徑50μm）測(cè)量溶液中的氧分壓。在營(yíng)養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中，氧分壓為20.5±0.053 kPa，確保溶液空氣飽和；在溶解氧實(shí)驗(yàn)中，氧分壓分別設(shè)置為20.6±0.102 kPa（100%空氣飽和度）、10.2±0.038 kPa（50%）、1.04±0.029 kPa（5%）。這些精確測(cè)量意義重大：首先，它驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)條件的準(zhǔn)確控制和可重復(fù)性，為溶解氧脅迫提供可靠量化基礎(chǔ)；其次，氧分壓數(shù)據(jù)直接關(guān)聯(lián)植物根環(huán)境氧狀態(tài)，解釋根效率差異——低氧下根效率高可能源于通氣組織擴(kuò)大改善的內(nèi)部氧供應(yīng)，從而支持營(yíng)養(yǎng)吸收；最后，這種高精度測(cè)量增強(qiáng)了研究結(jié)論的可靠性，為植物洪水耐受機(jī)制研究提供實(shí)證，強(qiáng)調(diào)環(huán)境氧監(jiān)測(cè)在生態(tài)生理實(shí)驗(yàn)中的重要性。