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我院曹坤芳教授团队关于红树植物耐冷机制研究取得重要进展
 

虽然红树林的外观并不红,但在全球关注气候变化和“碳中和”的热潮下,红树林因其不容忽视的重要性渐渐“红”了起来。

作为陆地生态系统向海洋生态系统过渡的类型,红树林成为汇集陆地、海洋和淡水三处交界的独特存在,在周期性的海水潮汐中适应了缺氧和高盐的环境。全球上亿人口的生存依赖红树林,此外红树林也为大量生物提供了栖息地,全球红树林每年的碳储量甚至是热带山地森林的5倍,对于调节气候变化等具有重要价值,因而联合国教科文组织将每年的7月26日定为“红树林生态系统国际保护日”。

随着全球气候变暖,主要分布在热带和亚热带的红树林开始向较高纬度迁移,这个过程中,较高纬度地区频发的寒潮(低温胁迫)成为影响红树林分布的重要因素。

低温会直接影响植物的生长和光合作用,不同种红树植物对于低温的耐受性成为影响其分布的关键,而决定红树植物低温耐受性的因素尚未被完全揭示。

近日由我院曹坤芳教授主导,西澳大学、兰州大学等单位参与的研究发表在国际期刊《新植物学家》(New Phytologist, doi:10.1111/nph.17770),首次揭示了叶片磷分配及其调节与红树植物低温耐受性之间的密切关系。

该研究收集了来自广西、海南及日本冲绳和西表岛等不同纬度的不同红树林物种的繁殖体并在广西大学苗圃培育成幼苗,在人工气候室内测定秋茄、白骨壤及木榄共六个种群的磷分配策略、光合生理及转录组调控对低温胁迫的响应。

磷作为植物生长必需的营养元素参与了几乎所有的生理过程,尤其是在光合作用、酶的合成与代谢中扮演重要角色。该项研究创新性地从植物对磷的分配出发,探究重要的磷组分(如核酸磷、代谢磷、脂质磷)代谢与光合生理在低温胁迫下的相互作用。

研究发现低温下植物光系统2和光系统1同时严重受损尤其光系统1的严重受损是致命的,可能不仅叶片,其它器官的活组织也遭受了严重损伤;核酸磷及代谢磷浓度的维持,协同更高的叶片暗呼吸速率及更低的光损伤,是低温耐受性较高的秋茄完全存活的关键。与此同时,在低温下未能有效调控磷分配的种群经历了更为严重的光损伤以及植株的死亡。在恢复过程中,红树植物提高核酸磷含量,以促进蛋白质合成、生理修复。相比秋茄,受冷害较重的木榄种群在冷害期间和恢复过程中有更多差异基因表达,表现为与代谢、光合和生长相关的基因下调,与修复、抗氧化、磷代谢、衰老相关的基因上调。

该研究揭示了叶片磷组分分配和调节与喜暖植物的耐冷性密切相关,为研究热带亚热带植物耐冷机制提供了新线索,对于农林业抗寒育种及预测气候变化下自然种群的分布有重要参考价值。

相关论文信息:

https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/nph.17770

或者https://doi.org/10.1111/nph.17770

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