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在拟南芥中,STOP1-ALMT1 通路和铁(Fe)积累是根系适应缺磷的关键因素,但燕麦(Avena sativa L.)中机制不明。研究人员通过水培实验,探究不同磷(Pi)、铁浓度下燕麦根系动态,发现其应对缺磷策略与拟南芥不同,这为理解植物适应机制提供新视角。
在植物生长的过程中,磷(Pi)和铁(Fe)元素至关重要。在拟南芥里,STOP1-ALMT1 通路和 Fe 积累被视为根系适应缺磷环境的关键因素,然而在燕麦(Avena sativa L.)中,其中的潜在机制却并不明晰。为了深入探究这一现象,研究人员开展了实验,让燕麦植株在含有不同 Pi 和 Fe 浓度的水培溶液中生长。
研究人员仔细分析了燕麦植株的生物量、根系生长参数,像总根长、根直径、最长根长度、侧根数量等,还研究了根表皮细胞的大小和数量。同时,通过组织化学染色技术,观察了胼胝质和 Fe 的沉积情况,并对 STOP1 和 ALMT1 同源基因的表达进行了分析。此外,研究人员添加外源苹果酸,来探究其对燕麦根系生长的影响。
研究结果显示,在有 Fe 存在的缺 Pi 环境下,燕麦植株的总根长和根直径有所减小。与拟南芥不同,燕麦植株的最长根长度增加,侧根数量减少,根也变得更细。这种现象可能和根尖分生细胞密度较高以及细胞伸长有关。Fe 主要在根外部细胞层的质外体积累,这表明在缺 Pi 条件下,它或许并非根系结构的主要调节因子。而且,ALMT1 似乎在根系重塑过程中并未发挥作用,而苹果酸则对总根生长有积极影响。
由此可见,燕麦在应对缺 Pi 环境时,采用了和拟南芥不同的策略。这些变化或许能让燕麦在减少碳投入的情况下,依然保持扎根深度,这可能是燕麦为适应低能量环境,同时又不失去获取土壤深层资源和水分能力的一种进化方式 。