氮沉降對苔蘚植物脅迫後補償生長的影響及其機理

《氮沉降對苔蘚植物脅迫後補償生長的影響及其機理》是依託中山大學，由劉蔚秋擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：氮沉降對苔蘚植物脅迫後補償生長的影響及其機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉蔚秋
• 依託單位：中山大學

中文摘要

對施加不同濃度氮的苔蘚植物（刺邊小金髮蘚褐色亞種Pogonatum cirratum subsp.fuscatum及大灰蘚Hypnum plumaeforme）進行低溫及乾旱脅迫處理以及恢復處理，分別在脅迫後及環境恢復後測定碳氮代謝指標、生理傷害指標及關鍵酶活性，分析氮沉降對苔蘚植物耐受脅迫的能力及脅迫後生理補償能力的影響，探討其生理代謝變化過程及機制。補償效應是生物普遍存在的應對環境脅迫的一種機制。本研究從碳氮代謝的相互作用入手，通過分析氮沉降對不同脅迫條件下及環境恢復後植物生理代謝過程的影響，揭示不同因子相互作用下植物補償生長的生理變化機制，對於人們全面了解生物補償生長的內在機理具有重要的理論意義，在各種極端氣候頻繁出現的全球變化條件下對於合理制定植物保護策略具有重要的指導意義。

結題摘要

本項目對不同濃度氮處理條件下的兩種苔蘚植物，大灰蘚(Hypnum plumaeforme)和刺邊小金髮蘚褐色亞種（Pogonatum cirratum subsp. fuscatum），分別經歷低溫或乾旱脅迫後以及再經過10天恢復後的氧化脅迫相關指標、碳氮磷代謝相關的26個生理指標、次生代謝相關的7個指標以及激素調節等多個因子進行綜合研究分析，以探討不同N背景下植物對脅迫的生理回響特徵及補償生長機理。結果顯示，高氮條件加劇了低溫及乾旱對植物的脅迫，降低了抗氧化酶SOD的活性，經短期恢復，SOD活性迅速上升至高於或等於無脅迫處理組，受脅迫程度大幅下降，但仍略高於無脅迫處理組。低溫脅迫降低光合磷酸化活性，導致1,5-二磷酸核酮糖縮化酶和蔗糖合酶活性下降，且低溫抑制澱粉積累而促進可溶性糖的積累，低溫亦降低糖類生物氧化活性和胺基酸的代謝，同時導致酸性磷酸酶活性降低，但兩種植物無機氮同化活性對低溫的回響表現出不同的特徵。加N處理使植物的碳氮磷代謝對低溫脅迫更加敏感，並以銨態氮的作用更為敏感。低溫導致兩種蘚類植物的次生代謝產物花青苷、三萜及生物鹼含量的上升。經過短期恢復，絕大多數代謝活性達到或高於相應的無脅迫對照，在生理上表現出比較明顯的超補償特徵，但加氮降低了植物的恢復能力。部分指標如可溶性糖含量、一些次生代謝物的含量如花青苷、黃酮等在恢復後仍保持較高水平，顯示出對低溫脅迫的“記憶”特徵。乾旱脅迫強烈降低植物的光合活性，抑制光合碳同化及光呼吸的相關酶如二磷酸核酮糖縮化酶和蔗糖合酶活性，但促進乙醇酸氧化酶活性，抑制澱粉積累，抑制硝酸還原酶。乾旱促進酸性磷酸酶活性，但鹼性磷酸酶活性兩種植物的回響不同。乾旱對糖類生物氧化及胺基酸代謝的影響較為複雜，對不同的酶及不同物質的影響不同，且兩種植物無機氮同化活性對乾旱的回響亦表現出不同的特徵。經短期恢復，兩種植物均表現出較明顯的恢復活性，多數指標表現出生理等補償或超補償特徵。乾旱脅迫亦導致植物次生代謝變化。小金髮蘚的花青苷和黃酮以及大灰蘚的酚酸可能是乾旱脅迫記憶物質。 項目對於全面理解苔蘚植物對脅迫的生理回響機制及脅迫後補償機制均具有重要意義，對於有效預測全球變化背景下植物的變化趨勢，合理制定苔蘚植物的保護措施具有指導價值。