Similar Growth Performance but Contrasting Biomass Allocation of Root-Flooded Terrestrial Plant Alternanthera philoxeroides (Mart.) Griseb. in Response to Nutrient Versus Dissolved Oxygen Stress.

根淹水陸生植物空心蓮子草在營養與溶解氧脅迫下相似的生長性能但對比的生物量分配。

來源：Frontiers in Plant Science, Volume 10, Article 111, February 2019

《植物科學前沿》，第10卷，文章編號111，2019年2月

 

摘要：

論文摘要指出，陸生植物在淹沒時可能經歷營養和氧氣脅迫，隨著氣候變化，洪水事件增加。研究以空心蓮子草為模型，比較營養缺乏和溶解氧缺乏對根淹水植物生長、生物量分配、根效率和根通氣組織的影響。結果顯示，兩種脅迫都抑制生長，但響應不同：營養缺乏時增加根生物量分配，根效率低；溶解氧缺乏時減少根生物量分配，但根效率高，且根通氣組織通道擴大，這可能有助于洪水耐受性。

 

研究目的：

研究目的是探討營養和溶解氧可用性對根淹水植物生長、生物量分配和根性狀的影響。具體問題包括：生長是否受營養和溶解氧短缺抑制？植物是否在兩種脅迫下類似增強根生物量分配？根效率是否類似降低？兩種脅迫是否類似影響根通氣組織形成？以深化對植物洪水耐受機制的理解。

 

研究思路：

研究設計了兩個實驗：營養處理實驗（三個營養水平：5%、50%、100%強度Hoagland溶液）和溶解氧處理實驗（三個溶解氧水平：5%、50%、100%空氣飽和度）。使用空心蓮子草插條，在控制條件下進行根淹水處理，測量植物生長率、生物量分配、根性狀（如根數、長度、表面積、體積、孔隙度、通氣組織通道大?。?。通過統計方法（如ANOVA、回歸分析）比較不同處理下的差異，以揭示植物應對脅迫的策略。

 

測量的數據及研究意義：

1. 相對生長率（RGR_FW和RGR_H）：來自表1。研究意義：顯示營養和溶解氧缺乏都顯著抑制植物生長，驗證脅迫對植物生理的直接負面影響，為比較兩種脅迫效應提供基礎。

 

2. 生物量分配到根：來自圖1。研究意義：營養缺乏時增加根分配以增強營養吸收，體現資源獲取策略；溶解氧缺乏時減少分配但通過其他機制維持功能，顯示植物對不同脅迫的差異化適應，挑戰傳統營養分配理論。

 

3. 根生產指標（根數、總長度、表面積:體積比）：來自表2。研究意義：營養缺乏時根更細長以擴大吸收面，溶解氧缺乏時根數減少但形態調整，反映根可塑性在脅迫響應中的關鍵作用，助于理解根形態與功能關系。

 

4. 根效率（植物鮮重與根表面積的關系）：來自表3和圖2。研究意義：營養缺乏時根效率低，表明單位根表面積的營養吸收不足；溶解氧缺乏時根效率高，提示氧脅迫下根功能優化，可能與內部氧改善有關，為洪水耐受機制提供線索。

 

 

5. 根孔隙度和通氣組織通道大?。簛碜詧D4和圖5。研究意義：孔隙度無變化，但溶解氧缺乏時通氣組織通道擴大，增強氣體傳導和氧供應，直接支持根在低氧環境下的營養吸收能力，突出通氣組織形態在脅迫響應中的重要性。

 

 

結論：

營養和溶解氧缺乏都抑制空心蓮子草生長，但植物響應機制對比鮮明。營養缺乏時，植物增加根生物量分配和根長度，但根效率低；溶解氧缺乏時，植物減少根分配，但根效率高，且通氣組織通道擴大，這可能通過改善內部氧供應增強營養吸收。研究表明，植物對不同脅迫采用差異化策略，根形態和通氣組織調整在洪水耐受中起關鍵作用，對預測氣候變化下植物適應有啟示。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

研究中使用丹麥Unisense氧微電極（型號OX50，尖端直徑50μm）測量溶液中的氧分壓。在營養實驗中，氧分壓為20.5±0.053 kPa，確保溶液空氣飽和；在溶解氧實驗中，氧分壓分別設置為20.6±0.102 kPa（100%空氣飽和度）、10.2±0.038 kPa（50%）、1.04±0.029 kPa（5%）。這些精確測量意義重大：首先，它驗證了實驗條件的準確控制和可重復性，為溶解氧脅迫提供可靠量化基礎；其次，氧分壓數據直接關聯植物根環境氧狀態，解釋根效率差異——低氧下根效率高可能源于通氣組織擴大改善的內部氧供應，從而支持營養吸收；最后，這種高精度測量增強了研究結論的可靠性，為植物洪水耐受機制研究提供實證，強調環境氧監測在生態生理實驗中的重要性。