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枝条皮层光合对木质部栓塞修复的驱动模型得以破译

发布时间:2019-06-03点击率:368


近日,Plant Cell & Environment 杂志在线发表了我所孙振元课题组的题为“Corticular photosynthesis drives bark water uptake to refill embolized vessels in dehydrated branches of Salix matsudana的研究论文( https://doi.org/10.1111/pce.13578)。该研究揭示了旱柳枝条皮层光合在失水枝条木质部栓塞修复中充当的重要角色,即枝条的皮层光合通过原位提供非结构性碳水化合物为栓塞导管的重新充注提供了驱动力,为探索枝条皮层光合这一原始的碳同化方式在木本植物中被保留至今的特殊生理生态意义提供了一个新的认识。刘俊祥助理研究员为本论文的第一作者,孙振元研究员为论文的通讯作者。该工作得到了中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(CAFYBB2018SY003)和国家自然科学基金(31600489)的资助。


旱柳枝条皮层光合对木质部栓塞的动态修复格局

枝条皮层组织薄壁细胞叶绿体能将线粒体呼吸释放和木质部蒸腾流中扩散的CO2回收固定,改善枝条内酸化、缺氧的理化环境,增加植株的碳收益。林业所树木生理团队发现旱柳枝条皮层组织绿色光合细胞丰富,皮层光合速率高于其他北方常见树种,皮层光合产物可向生长点分配,保障了旱柳扦插苗器官发生发育和植株形态重建,还证明了皮层光合在降低插穗干枯程度、维持枝条水力学功能方面发挥重要作用,进而提出了皮层光合修复木质部栓塞的假设。针叶树可通过树皮吸水原位修复木质部栓塞导管,该团队首次报道了树皮吸水对阔叶树种旱柳枝条栓塞的修复效应,并证明了树皮吸水原位修复栓塞这一过程是由渗透调节所介导的。基于树皮吸水修复栓塞的实验体系,该团队阐明了栓塞导管的产生、扩散和修复格局,检验了枝条水势对树皮吸水修复栓塞效应的影响,提出了依赖于水力学信号的木质部栓塞渗透调节修复的假说,并证明了皮层光合可不受木质部水势的制约驱动栓塞导管的重新充注,最终提出了皮层光合对树皮吸水修复木质部栓塞的驱动模型:即当水势高于水力学信号的阈值时,皮层光合通过在木质部薄壁组织中产生正的组织压来修复栓塞;而当水势低于阈值时,皮层光合产物可向栓塞导管转置,降低栓塞导管渗透势驱动栓塞修复。


皮层光合对树皮吸水修复木质部栓塞的驱动模型

相关文献:

Liu Junxiang, Gu Lin, Yu Yongchang, Ju Guansheng, Sun Zhenyuan*. Stem photosynthesis of twig and its contribution to new organ development in cutting seedlings of Salix matsudana. Forests, 2018, 9(4): 207.

Yu Yongchang, Liu Junxiang*, Sun Zhenyuan*. Transcriptome profiling in Salix matsudana during refilling xylem vessels after embolism. Biologia Plantarum, 2019, 63: 425-431.

刘俊祥, 于永畅, 郎蓬蓬, 沈豪, 孙振元*. 旱柳枝条皮层叶绿体的光化学特性及结构的特化. 林业科学, 2018,54(5):30-35.

刘俊祥, 于永畅, 郎蓬蓬, 孙振元*. 旱柳枝条叶绿体光化学特征的径向异质性. 林业科学, 2019,55(3):36-42. 

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