擬南芥莖桿特征對大氣CO-,2-濃度變化的響應.pdf

1、自工業(yè)革命以來，大氣中CO<,2>濃度以前所未有的速度增加，已經(jīng)由過去的280μmol mol<'-1>升高到了目前的370μmol mol<'-1>。據(jù)預測，到下世紀中/末期，CO<,2>濃度將會增加為目前的二倍。作為植物光合作用的原料之一，CO<,2>濃度變化必將對植物產(chǎn)生一系列直接或間接的影響，這也是近些年來植物學領域的熱門研究之一，特別是最近十幾年，國內(nèi)外學者曾從分子、細胞、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)表的學術論文已達數(shù)千篇之多。然而，關于大氣CO<,2>濃度升高對植物莖桿形態(tài)結構影響的資料相對較少，即使有一些相關報道，其形態(tài)結構變化的描述也較為簡單，同時也很少從生物統(tǒng)計學的角度來定量說明高濃度CO<,2>對莖桿形態(tài)結構影響的程度。眾所周知，擬南芥(Arabidopsis thaliana)是分子、遺傳與發(fā)育生物學研究領域的模式植物，應用其研究高濃度CO<,2>對植物生長發(fā)育影響也有不少報道。但是，大部分研究主要集中在高濃度C

3、O<,2>對擬南芥植株的生長速率、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表達水平等方面，而關于高濃度CO<,2>對這種模式植物莖桿特征的影響則尚未見有報道。 本實驗以盆栽擬南芥(Arabidopsis thaliana(L.)heynh)為實驗材料。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、個改造過的人工氣候室內(nèi)，應用熒光顯微鏡、透射電鏡、傅立葉遠紅外光譜(FTIR)等技術，對擬南芥抽苔一周后的莖桿的形態(tài)結構及化學成分進行對比研究，從細胞、組織和個體尺度上揭示擬南芥莖桿特征對全球變化的響應模式。 研究結果及主要結論如下： (1)大氣CO<,2>濃度升高對擬南芥莖桿的生長發(fā)育和干重的積累有促進作用，增加了莖桿的枝條總數(shù)及枝條的長度。 (2)擬南芥莖桿解剖結構的比較觀察發(fā)現(xiàn)，莖桿大小，形成層細胞的活性

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

6、果顯示，高濃度CO<,2>下，擬南芥莖桿的直徑與面積的增大，是細胞數(shù)目增多和細胞體積增大的共同結果；各組織細胞細胞壁厚度的增加及纖維素、木質(zhì)素含量的提高說明，CO<,2>濃度升高加強了莖桿的機械支持作用，同時輸導組織面積顯著增加與莖桿中可溶性糖含量的提高表示，莖桿的輸導作用也有提高；莖桿細胞壁成分分析揭示，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