擬南芥莖桿特征對(duì)大氣CO-,2-濃度變化的響應(yīng).pdf

1、自工業(yè)革命以來(lái)，大氣中CO<,2>濃度以前所未有的速度增加，已經(jīng)由過(guò)去的280μmol mol<'-1>升高到了目前的370μmol mol<'-1>。據(jù)預(yù)測(cè)，到下世紀(jì)中/末期，CO<,2>濃度將會(huì)增加為目前的二倍。作為植物光合作用的原料之一，CO<,2>濃度變化必將對(duì)植物產(chǎn)生一系列直接或間接的影響，這也是近些年來(lái)植物學(xué)領(lǐng)域的熱門(mén)研究之一，特別是最近十幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者曾從分子、細(xì)胞、器官、物種、種群直至生物圈等不同層次分別做了大量的研究

2、工作，發(fā)表的學(xué)術(shù)論文已達(dá)數(shù)千篇之多。然而，關(guān)于大氣CO<,2>濃度升高對(duì)植物莖桿形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的資料相對(duì)較少，即使有一些相關(guān)報(bào)道，其形態(tài)結(jié)構(gòu)變化的描述也較為簡(jiǎn)單，同時(shí)也很少?gòu)纳锝y(tǒng)計(jì)學(xué)的角度來(lái)定量說(shuō)明高濃度CO<,2>對(duì)莖桿形態(tài)結(jié)構(gòu)影響的程度。眾所周知，擬南芥(Arabidopsis thaliana)是分子、遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究領(lǐng)域的模式植物，應(yīng)用其研究高濃度CO<,2>對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育影響也有不少報(bào)道。但是，大部分研究主要集中在高濃度C

3、O<,2>對(duì)擬南芥植株的生長(zhǎng)速率、生物量變化、葉片中碳水化合物含量、Rubisco酶含量以及其編碼基因mRNA表達(dá)水平等方面，而關(guān)于高濃度CO<,2>對(duì)這種模式植物莖桿特征的影響則尚未見(jiàn)有報(bào)道。 本實(shí)驗(yàn)以盆栽擬南芥(Arabidopsis thaliana(L.)heynh)為實(shí)驗(yàn)材料。在CO<,2>濃度分別為大氣CO<,2>濃度(370μmol mol<'-1>)和高濃度CO<,2>(700μmol mol<'-1>)下的兩

4、個(gè)改造過(guò)的人工氣候室內(nèi)，應(yīng)用熒光顯微鏡、透射電鏡、傅立葉遠(yuǎn)紅外光譜(FTIR)等技術(shù)，對(duì)擬南芥抽苔一周后的莖桿的形態(tài)結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比研究，從細(xì)胞、組織和個(gè)體尺度上揭示擬南芥莖桿特征對(duì)全球變化的響應(yīng)模式。 研究結(jié)果及主要結(jié)論如下： (1)大氣CO<,2>濃度升高對(duì)擬南芥莖桿的生長(zhǎng)發(fā)育和干重的積累有促進(jìn)作用，增加了莖桿的枝條總數(shù)及枝條的長(zhǎng)度。 (2)擬南芥莖桿解剖結(jié)構(gòu)的比較觀察發(fā)現(xiàn)，莖桿大小，形成層細(xì)胞的活性

5、，維管束面積，各組織細(xì)胞大小等參數(shù)均有所差異。 (3)大氣CO<,2>濃度升高使得莖桿細(xì)胞的細(xì)胞壁厚度增加，但對(duì)于皮層葉綠體及淀粉沒(méi)有顯著影響。 (4)莖桿化學(xué)成分測(cè)定及FTIR分析顯示：CO<,2>濃度升高后，莖桿中纖維素、木質(zhì)素、果膠等細(xì)胞壁成分及其可溶性糖的含量均比對(duì)照有所提高，其中纖維素增加最為明顯。上述結(jié)果表明：大氣CO<,2>濃度升高對(duì)于擬南芥莖桿的生長(zhǎng)發(fā)育有顯著的促進(jìn)作用，擴(kuò)大了莖桿生長(zhǎng)的延展性；結(jié)構(gòu)分析結(jié)

6、果顯示，高濃度CO<,2>下，擬南芥莖桿的直徑與面積的增大，是細(xì)胞數(shù)目增多和細(xì)胞體積增大的共同結(jié)果；各組織細(xì)胞細(xì)胞壁厚度的增加及纖維素、木質(zhì)素含量的提高說(shuō)明，CO<,2>濃度升高加強(qiáng)了莖桿的機(jī)械支持作用，同時(shí)輸導(dǎo)組織面積顯著增加與莖桿中可溶性糖含量的提高表示，莖桿的輸導(dǎo)作用也有提高；莖桿細(xì)胞壁成分分析揭示，相比木質(zhì)素、果膠等，纖維素的增加更為明顯，說(shuō)明纖維素是莖桿中多余碳水化合物的主要貯存形式。 總之，在大氣CO<,2>濃度升高