EEB | 干旱和氮添加对叶内CO2扩散和WUE交互作用的影响

叶内CO₂扩散是指外界CO₂依次通过叶片蜡质层、表皮层、气孔、叶肉细胞层，进入叶绿体内CO₂羧化位点（即Rubisco酶结合位点）的过程。该过程中，CO₂因依次受到边界层阻力、气孔阻力和叶肉细胞阻力的限制作用而逐渐减少，故叶内CO₂扩散能力的大小直接决定了参与光合作用的CO₂浓度高低。研究发现，植株叶内CO₂扩散过程会受到外界环境因子（如水分、氮素、温度、光照等）变化的显著影响（Flexas et al, 2008; 2012）。

随着全球气候变化的不断加剧，干旱和氮添加对植物生长的影响越来越受到关注，并有研究发现适度的氮素添加能够对干旱植株的生理功能（如光合与蒸腾作用）产生积极效应（Zhang et al, 2019），同时，氮添加还能够刺激干旱植株产生光合蛋白（如Rubisco），从而增强其光合碳同化（Zhang et al, 2021）。然而，它们（干旱和氮添加）的交互作用对植物叶内CO₂扩散导度（即气孔导度g_sc、叶肉导度g_m）和水分利用效率（WUE）的影响很少被报道。另外，CO₂和水分在叶片内部的扩散和传输路径存在较多的重叠区（Xiong et al, 2015），那么，叶内水分传输以及WUE的变化也必然会对植株叶内CO₂扩散过程产生显著影响，但二者之间的关系以及互作机制并未有明确揭示。

本研究选用大豆（Glycine max (Linn.) Merr.）作为实验材料，依据当地土壤田间持水量与农业施肥标准，设计了多种土壤水氮交互试验，研究了干旱和氮添加对其叶内CO₂扩散导度（g_sc、g_m）和WUE（即瞬时水分利用效率WUE_ins、内在水分利用效率WUE_int）的交互作用，并提出以下假设：1）氮添加通过改善叶片结构以及水孔蛋白（AQP）和碳酸酐酶（CA）活性提高大豆叶内CO₂扩散能力；2）氮添加通过提高植株WUE减轻其水分胁迫效应；3）中度强度氮添加（<15.0 g urea m^-2）对减轻水分胁迫效果最佳。

研究结果显示：1）干旱降低了大豆植株g_sc、g_m和WUE，但土壤氮添加却对受旱大豆生理指标表现出了一定的积极效应，且该效应在轻度水分胁迫与中低度氮添加（7.5~15 g urea m^-2）交互下更显著（P<0.05）。2）叶肉细胞壁厚度（T_cw）的减小、叶绿体&叶肉细胞面向细胞间隙面积（S_c& S_m）的增大以及气孔开度（SS）的增加是水氮交互下植株g_sc和g_m增大的解剖学原因，而叶片水孔蛋白（AQP）、碳酸酐酶（CA）、Rubisco酶活性的增加以及脱落酸（ABA）含量的较少则是其增大的分子生物学机制。3）中度氮添加（7.5~15 g urea m^-2）通过提高CO₂扩散导度与WUE极大减轻了植株的水分胁迫效应。另外，本研究发现土壤氮添加对重度水分胁迫植株的正效应较小，可能是重度干旱下的土壤氮添加会对植株产生高氮（盐）胁迫，从而抑制了其生理代谢机能的改善。此外，本研究还建立了叶片CO₂扩散与WUE间的相互关系，为下一步从植株水分利用效率角度分析土壤施氮与叶面施氮调控叶内CO₂扩散过程找到了契合点。

图1. g_m与T_cw（A）、S_c（B）和S_m的相关关系

图2. WUE_ins、WUE_int与g_sc/g_m的相关关系

图3. g_sc、g_m与ABA的相关关系

原文链接

长按或扫码直达原文：

一起关注植物科学，

促进学术研究与科普宣传！

-- 植物生理生态

扫二维码，关注我们

公众号ID：yanli19-

投稿及转载：li.yan@uwa.edu.au；

guangruwang77@163.com

👇

在看

http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI0NjY2ODM0NQ==&mid=2247490926&idx=1&sn=7312a4aa70bba71267cce3ffafe3a5f2

植物生理生态

关注植物生理生态，掌握科学前沿，促进科普宣传。

新植物学家会议报告 | 植物-真菌入侵的生态和进化后果--国际菌根协会

期刊征稿34｜豆科植物：适应性和与环境的相互作用

The Plant Journal | 石河子大学联合西北农林科技大学及中棉所揭示棉花驯化过程中叶片光合作用优化新过程

讲座报名 | Science：叶片形态发生的光照和温度调控

全球青年植物学家！坦斯利奖章等你摘取 | New Phytologist Tansley Medal

新植物学家研讨会 | Stomata, 46th New Phytologist symposium, 十月开封

期刊征稿（IF=7）｜基于自然的解决方案（NbS）管理人类影响的生态系统

昆士兰大学全奖博士项目｜了解高强度土壤中的土壤-水-根相互作用

SEL | 苎麻根际微生物结构和功能的表征：火山锥和火山口的比较研究

全奖读博(月薪 1.6万) | 通过菌根研究禾本科氮磷营养的遗传和环境决定因素

Plant Soil 评论：测定叶片锰浓度评估森林生态系统中菌根植物根际羧酸盐含量

报名New Phyto气孔研讨会 | Stomata, 46th New Phytologist symposium, 十月开封

Nature | 空气传播的 DNA 揭示了真菌可预测的空间和季节动态

会议预告|第八届陆地生态学青年学者国际学术研讨会（第三轮通知）

全奖读博(月薪 2000 欧起) | 德国莱布尼茨：作物生理

会议预告|第八届陆地生态学青年学者国际学术研讨会（第二轮通知）

全奖读博 | 瑞士: 坐拥阿尔卑斯山美景

首届可持续作物与牧草系统国际研讨会

New Phyto | 蒋国凤教授团队在苏铁植物水力安全研究方面取得重要进展

Plant Soil | 磷限制森林中植物更普遍分泌根系羧化物：叶片锰的启示

2024影响因子 | 植物学、生态学、林学和土壤学

院士讲座 | 生物多样性如何拯救地球

OA | 知名生态学期刊 7 月起将转为全开源

会议预告|第八届陆地生态学青年学者国际学术研讨会（第一轮）

人才招聘 | 中国科学院武汉植物园药用植物资源学科组岗位

地下级联生物互作激发作物多样性优势

博士后招聘 | 德国霍恩海姆大学_3-year Postdoc

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

New Phytologist | 热带森林次生演替过程树木养分获取策略的调整

西北农林科技大学博士生以第一作者在一区top期刊（IF=13.6）发文揭示微塑料和抗生素复合污染改变根际微生物群落组成和代谢

全球Top 2 | 祝贺Hans Lambers院士入选ScholarGPS首届高排名学者

全奖读博 | 瑞典农业大学

Functional Ecology | 碳从树木到菌根真菌子实体的运输速度和形式

全奖读博 | 欧洲农业生物多样性（5 个名额）

“首届土壤年代序列养分循环及其对生态恢复的启示”国际会议 (第二轮通知)

Journal of Ecology作者解读 | 三种松属树种随林分生长根系养分获取策略由粗放型转变为集约型

系列讲座 | 森林生态学面临的挑战

New Phyto | 菌根和非菌根植物的相互促进与竞争：外生菌根真菌和病原菌在物种共存中的作用

CPB | 不只是好看！幼叶迟绿背后隐藏的磷分配机制

EEB | 干旱和氮添加对叶内CO2扩散和WUE交互作用的影响

人才招聘 | 中国科学院地理资源所伏正课题组诚聘博士后和客座学生：全球变化与陆地生态系统

科研助手 | 生态学与进化学论文发表指南

Journal of Ecology | 吸收根呼吸对于根经济空间的重要性

Journal of Ecology | 抑制根系凋落物分解的几个条件

全奖读博 | 英国伦敦大学

博士后招聘 | 西班牙SEVERO OCHOA分子生物中心

10.24 线上研讨会 | 近自然森林经营

分类

时事

民生

政务

教育

文化

科技

财富

体娱

健康

情感

旅行

百科

职场

楼市

企业

乐活

学术

汽车

时尚

创业

美食

幽默

美体

文摘

原创标签

时事社会财经军事教育体育科技汽车科学房产搞笑综艺明星音乐动漫游戏时尚健康旅游美食生活摄影宠物职场育儿情感小说曲艺文化历史三农文学娱乐电影视频图片新闻宗教电视剧纪录片广告创意壁纸头像心灵鸡汤星座命理教育培训艺术文化金融财经健康医疗美妆时尚餐饮美食母婴育儿社会新闻工业农业时事政治星座占卜幽默笑话独立短篇连载作品文化历史科技互联网

发布位置

广东北京山东江苏河南浙江山西福建河北上海四川陕西湖南安徽湖北内蒙古江西云南广西甘肃辽宁黑龙江贵州新疆重庆吉林天津海南青海宁夏西藏香港澳门台湾美国加拿大澳大利亚日本新加坡英国西班牙新西兰韩国泰国法国德国意大利缅甸菲律宾马来西亚越南荷兰柬埔寨俄罗斯巴西智利卢森堡芬兰瑞典比利时瑞士土耳其斐济挪威朝鲜尼日利亚阿根廷匈牙利爱尔兰印度老挝葡萄牙乌克兰印度尼西亚哈萨克斯坦塔吉克斯坦希腊南非蒙古奥地利肯尼亚加纳丹麦津巴布韦埃及坦桑尼亚捷克阿联酋安哥拉