植物叶片寿命是一个重要的植物功能性状,连接植物功能和生活史的各个方面,在生态系统物质循环和能量流动中发挥重要作用。大量研究表明叶片寿命和叶片氮含量密切相关,比如土壤氮添加降低叶片寿命。有研究认为叶片寿命与氮的这种关系受到叶片碳获得和碳消耗之间的权衡的驱动,也就是说叶片寿命随着叶片光合速率的增加而减小,随着叶片建成消耗的增加而增加。在这样的背景下,叶片寿命随着氮添加降低被认为是氮添加促进光合作用所导致。但是氮添加降低叶片寿命这一过程的生物化学机制仍然不清楚。这一过程也因其它不一致的结果而变得更加复杂,比如有报道表明增加氮素可利用性没有导致叶片寿命发生显著变化和氮缺乏加速叶片衰老。
乙烯是参与叶片衰老和脱落的重要植物激素。植物受到生物和非生物胁迫时都会产生乙烯。已有研究发现矿质养分缺乏会导致乙烯生产增加,如磷酸盐、硫酸盐、钾和铁。相反,高浓度硝酸盐也会刺激植物根系产生的乙烯骤然增加,由于控制乙烯合成的两种关键酶ACS和ACO受到高浓度硝酸盐的上行调节。这些发现与氮添加降低叶片寿命的结果相结合,暗示氮诱导的乙烯生产很可能在氮添加降低叶片寿命的过程中发挥调控作用。
为了评价乙烯在氮添加降低叶片寿命过程中扮演的角色,永利娱高ylg060net稳定同位素生态学组任海燕博士以内蒙古温带草原的两个优势物种克氏针茅和冰草为研究对象,通过盆栽和野外控制实验,研究发现氮添加增加叶片乙烯生产和叶片氮浓度然而降低叶片寿命,乙烯合成抑制剂——氯化钴添加减小叶片氮浓度和增加叶片寿命。通径分析进一步表明氮添加通过改变叶片乙烯生产来降低叶片寿命(图1)。
这些结果首次揭示植物激素乙烯在氮添加降低叶片寿命的过程中发挥调控作用。文章“Linking ethylene to nitrogen-dependent leaf longevity of grass species in a temperate steppe”已被植物学领域期刊《Annals of Botany》(影响因子,3.449)正式在线发表。
(http://aob.oxfordjournals.org/content/early/2013/10/15/aob.mct223.short)
图1 叶片氮浓度和乙烯生产对叶片寿命的贡献的通径分析结果