植物葉片壽命是一個(gè)重要的植物功能性狀,連接植物功能和生活史的各個(gè)方面,在生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中發(fā)揮重要作用。大量研究表明葉片壽命和葉片氮含量密切相關(guān),比如土壤氮添加降低葉片壽命。有研究認(rèn)為葉片壽命與氮的這種關(guān)系受到葉片碳獲得和碳消耗之間的權(quán)衡的驅(qū)動(dòng),也就是說(shuō)葉片壽命隨著葉片光合速率的增加而減小,隨著葉片建成消耗的增加而增加。在這樣的背景下,葉片壽命隨著氮添加降低被認(rèn)為是氮添加促進(jìn)光合作用所導(dǎo)致。但是氮添加降低葉片壽命這一過(guò)程的生物化學(xué)機(jī)制仍然不清楚。這一過(guò)程也因其它不一致的結(jié)果而變得更加復(fù)雜,比如有報(bào)道表明增加氮素可利用性沒(méi)有導(dǎo)致葉片壽命發(fā)生顯著變化和氮缺乏加速葉片衰老。
乙烯是參與葉片衰老和脫落的重要植物激素。植物受到生物和非生物脅迫時(shí)都會(huì)產(chǎn)生乙烯。已有研究發(fā)現(xiàn)礦質(zhì)養(yǎng)分缺乏會(huì)導(dǎo)致乙烯生產(chǎn)增加,如磷酸鹽、硫酸鹽、鉀和鐵。相反,高濃度硝酸鹽也會(huì)刺激植物根系產(chǎn)生的乙烯驟然增加,由于控制乙烯合成的兩種關(guān)鍵酶ACS和ACO受到高濃度硝酸鹽的上行調(diào)節(jié)。這些發(fā)現(xiàn)與氮添加降低葉片壽命的結(jié)果相結(jié)合,暗示氮誘導(dǎo)的乙烯生產(chǎn)很可能在氮添加降低葉片壽命的過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用。
為了評(píng)價(jià)乙烯在氮添加降低葉片壽命過(guò)程中扮演的角色,中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所穩(wěn)定同位素生態(tài)學(xué)組任海燕博士以內(nèi)蒙古溫帶草原的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)物種克氏針茅和冰草為研究對(duì)象,通過(guò)盆栽和野外控制實(shí)驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn)氮添加增加葉片乙烯生產(chǎn)和葉片氮濃度然而降低葉片壽命,乙烯合成抑制劑——氯化鈷添加減小葉片氮濃度和增加葉片壽命。通徑分析進(jìn)一步表明氮添加通過(guò)改變?nèi)~片乙烯生產(chǎn)來(lái)降低葉片壽命(圖1)。
這些結(jié)果首次揭示植物激素乙烯在氮添加降低葉片壽命的過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用。文章“Linking ethylene to nitrogen-dependent leaf longevity of grass species in a temperate steppe”已被植物學(xué)領(lǐng)域期刊《Annals of Botany》(影響因子,3.449)正式在線發(fā)表。
(http://aob.oxfordjournals.org/content/early/2013/10/15/aob.mct223.short)

圖1 葉片氮濃度和乙烯生產(chǎn)對(duì)葉片壽命的貢獻(xiàn)的通徑分析結(jié)果




