西工大原作强教授团队发现了干旱胁迫影响植物叶片激素积累的新机制

全球变化背景下极端干旱事件频发，严重影响植物生长、发育和生存。当植物遭遇干旱胁迫时会导致其正常生理代谢过程受到抑制，引起植物叶片气孔导度和蒸腾速率降低以改善自身水分状态，内源激素作为调控植物生长发育的物质在干旱条件下起着非常重要的作用，然而，目前对多种内源激素介导的水分胁迫调控机制尚不清晰。近日，西北工业大学生态环境学院原作强团队与英国Lancaster University环境中心Ian Dodd教授合作，通过设置亏缺灌溉（DI）和分根区交替灌溉（PRD）对照试验，研究了不同灌溉量与灌溉位置对棉株叶片气孔导度（g_s）、叶水势（Ψ_leaf）和多种内源激素脱落酸（ABA）、水杨酸（SA）、吲哚乙酸（IAA）、茉莉酸（JA）、茉莉酸-异亮氨酸（JA-Ile）、茉莉酸前体（cis-OPDA）的影响，评估了受灌溉量和灌溉位置影响的植物水力学信号和化学信号对叶片气孔导度的调控作用，结果发现：

（1）充分灌溉（100%ET）条件下，PRD诱导植物叶片气孔关闭，但部分根区土壤持续干旱导致叶片气孔重新打开；

（2）当灌溉量相同时，分根区灌溉植物叶片气孔关闭总是优先于全根区灌溉植物；

（3）亏缺灌溉（50%ET）降低了叶片水分状态（Ψ_leaf）、诱导植物合成ABA、SA、IAA和cis-OPDA并在叶片中积累，但SA、IAA和cis-OPDA对亏缺灌溉的响应总是延迟于ABA对亏缺灌溉的响应；

（4）充分灌溉（100%ET）减弱了部分根区土壤干燥对Ψ_leaf和ABA的影响，甚至可能消除了部分根区土壤干燥对SA、IAA和cis-OPDA的影响，除ABA之外，其他机制参与g_s对PRD的响应。

图1. 植物叶片气孔导度对不同灌溉的响应。（A）全根区土壤渐进干旱环境下，植物叶片气孔导度随土壤含水率下降逐渐持续关闭；（B和C）充分灌溉条件下，叶片气孔导度随干旱侧土壤含水率下降呈现先降低然后增加的变化特性；（C）亏缺灌溉条件下，分根区交替灌溉植物叶片气孔导度下降速率显著大于全根区灌溉植物。

图2. 不同灌溉条件下叶片气孔导度（g_s）变化与土壤含水率（SWC）和叶片ABA浓度（[ABA]_leaf）变化的关系。（A和C）不同灌溉量和不同灌溉位置下g_s分别与SWC和[ABA]_leaf的线性相关关系；（B）充分灌、分根区交替灌溉条件下g_s与[ABA]_leaf的线性相关关系。

图3. 不同灌溉量和灌溉位置下叶片气孔导度（g_s）变化与叶片SA浓度（[SA]_leaf）、叶片IAA浓度（[IAA]_leaf）和叶片cis-OPDA浓度（[cis-OPDA]_leaf）变化的关系。（A）g_s与[SA]_leaf的线性相关关系；（B g_s与[IAA]_leaf的线性相关关系；（C）g_s与[cis-OPDA]_leaf的线性相关关系。

图4. 不同灌溉条件下叶片气孔导度（g_s）变化与土壤含水率（SWC）、叶水势（Ψ_leaf）、叶片ABA浓度（[ABA]_leaf）、木质部ABA浓度（[X-ABA]_leaf）变化的关系。（A、B、C和D）全根区土壤渐进干旱条件下g_s分别与SWC、Ψ_leaf、 [ABA]_leaf和[X-ABA]_shoot的线性相关关系；（E、F和G）充分灌、分根区交替灌溉条件下g_s分别与SWC、Ψ_leaf和[X-ABA]_shoot的线性相关关系；（H和I）不同灌溉量和不同灌溉位置下g_s分别与Ψ_leaf和[X-ABA]_shoot的线性相关关系。

该研究以“Decreased irrigation volume, not irrigation placement, promotes accumulation of multiple hormones in cotton leaves during partial rootzone drying”为题发表在Environmental and Experimental Botany期刊上，西北工业大学生态环境学院博士后马瑛瑛为第一作者，原作强教授为通讯作者，德国马克斯·普朗克化学生态研究所和盖森海姆大学联合参与了该项研究。该项研究得到中国国家留学基金委（CSC）、欧盟Shui项目、中国博士后科学基金和陕西省自然科学基金的资助。

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