近日,我院树木生物学团队在植物学国际著名期刊Plant, Cell & Environment(生物学一区TOP期刊,IF=7.947) 上发表了题为“Time-dependent regulation of respiration is widespread across plant evolution”的研究论文,博士生秦海燕老师是论文第一作者,姚银安教授和Víctor教授为通讯作者,我校为第一成果单位。该研究表明,在植物演化过程中其呼吸作用的门控调节是广泛存在的,基于植被叶片水平的碳通量建模研究需要考虑纳入这一过程。
在全球范围内,陆地植物每年呼吸释放约60Gt碳源,占陆地生态系统总呼吸的30%-65%。温度对植物呼吸作用通常服从于Arrhenius模型。短期内温度不断升高的条件呼吸速率通常呈指数增加。这种叶片的R-T(呼吸-温度)关系受到物种、生长速率、测量温度、光环境、酶活性、底物可用性和不同生理条件的影响。这种R-T关系是否受到内源性因素尤其是昼夜节律调节尚不清楚。

在不同种类的石松、蕨类植物、裸子植物和被子植物(C3和 C4)中研究昼夜间不同时间不同温度下的呼吸反应,发现不同演化类群植物的的R-T关系均具有时间依赖特点,与温度无关。这些结果与呼吸的昼夜节律门控相符,进一步的研究还需要探讨生物钟的可能参与。这种时间依赖性的R-T关系还影响了叶片呼吸的建模参数和通量。
该研究采用多项式回归评估不同时点呼吸对温度的响应测试符合R-T的通用模型(Heskel et al., 2016)R= a+bT+cT2。

除了个别植物的个别时点,一般来说R-T功能的截距没有显著差异。然而,衡量呼吸的热敏感性b,c参数均在所有植物中存在不同时点的差异,尽管差异模式在植物类群间并不统一。此外,叶片总的呼吸作用于底物非结构性碳存在一定程度的相关性(R2= 0.31),但是R-T响应灵敏度的变化并不由底物变化驱动,而与昼夜门控相符。
这项工作得到了国家自然科学基金(42350610258、U20A20179和31770644)、四川省创新人才(2020JDRC0065)和西南科技大学资金(18ZX7131)的支持。
原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pce.14760