巨柏细根系统生长季与非生长季的多层次适应策略

《BMC Plant Biology》：Multilevel adaptation strategy of the Cupressus gigantea fine root system between the growing and non-growing seasons

　　

摘要

背景

细根的功能分化对植物适应环境胁迫至关重要。阐明濒危针叶树巨杉（Cupressus gigantea）所采用的适应策略，对于理解其在季节性干旱条件下的生存机制具有重要意义。本研究比较了八义区（BD）、立绒乡（LT）和朗县（LC）在生长季与非生长季的吸收型细根与运输型细根。共测量了27项形态、营养、解剖、生理及激素性状，并观察了线粒体超微结构。

结果

细根功能类型对27项性状中的22项产生了显著影响。运输型细根表现出更高的结构投入，包括更大的生物量、根体积、根表面积以及更发达的周皮，而吸收型细根则具有较高的比根长以及更强的生理、激素和线粒体反应。站点特异性模式也较为明显：八义区生长季土壤含水量最高，但季节降幅最大；立绒乡生长季土壤含水量最低，但在生长季期间的根长、根体积和根表面积较大；朗县则表现出更广泛的形态和解剖性状变异范围。生长季期间，主要的性状关联主要与细根形态和解剖特征相关，线粒体多呈伸长状且相互连通。非生长季期间，抗氧化、氧化、渗透及激素性状变得更加突出，同时线粒体肿胀和断裂现象增加，在吸收型细根中尤为明显。前两个主成分在生长季和非生长季分别解释了总性状变异的54.0%和57.0%。结构方程模型对两个季节的数据集均表现出良好的拟合度，并揭示了不同的调控网络。

结论

研究结果表明，巨杉在生长季强调根生长和资源获取，而在非生长季则转向抗氧化防御、渗透调节、激素调控和细胞维护。吸收型细根与运输型细根之间的互补性特化有助于在季节性水分限制条件下维持细根的正常功能。