高温胁迫对中国西南半附生和非半附生榕属的早期更新过程及其内源激素的影响

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植物的早期更新阶段(ERS),包括种子吸胀期,种子萌发期,幼苗出苗期和幼苗成苗期,其成功更新取决于内在和外部适宜的环境条件。植物内源激素如脱落酸(ABA)、吲哚-3-乙酸(IAA)和水杨酸(SA),是影响植物生长发育和生理活动的最重要内因之一。它们是植物体内合成的微量化合物,不仅调控着细胞的分裂分化,植物更新和生长,并且调控着植物对生物和非生物胁迫的响应。种子能否通过ERS过渡为健康幼苗,决定于水分和温度这两个关键的环境因子。同时,水分和温度还受气候变化影响。气候变化不仅能影响这些环境因子的平均值,还能导致极端气候的发生。尽管极端气候短暂,但却能剧烈地改变植物更新过程。热浪是由于温度超过正常值而使生物体遭受高温胁迫的极端气候。发生在早期更新阶段的高温胁迫(HTS)将对种子萌发、幼苗生长和发育产生深远影响。植物在更新早期阶段遭受高温胁迫后,要么存活并增强抗逆性,要么不能适应,从而枯萎或凋亡;遭受HTS的时间将影响其下游效应。植物激素对ERS的影响和对环境胁迫的响应研究主要集中在成年植物,特别是模式植物拟南芥上。森林的半附生(Hs)和非半附生(NHs)树种适应不同生境,Hs幼年期在林冠营附生生长而逐渐将其气生根延展到地面在成年期成为地生生长,而NHs幼年期即在森林地面生长直至成年。这两种不同生长型树种对极端气候的响应可能会有显著差异。半附生榕属在生长早期面对光照强度有着灵活的策略,即用缓慢的生长来获得更高的耐旱性和耐高温;相反地,非半附生榕属需要更多水分和相对荫蔽的环境来帮助它们快速生长并在森林地面中占据有利生态位。榕属植物,通常被称为无花果,在热带亚热带地区,榕属植物因其在生态系统中作为关键种,具有共生寄生联系和生态建设功能而在生态学上具有重要地位,同时也是为当地和国家经济发展提供医药、食品和园艺价值的重要热带和亚热带农业生物资源。榕属包括半附生和非半附生植物,它们的生态属性截然不同。因此,这两类榕属植物为了解植物早期更新过程中遭受温度胁迫的响应和植物内源激素含量变化提供了一个理想的生长型对比研究模型体系。本研究选择不同生长型的4种半附生型(垂叶榕,雅榕,榕树,菩提树)和4种地生型(大果榕,苹果榕,聚果榕,鸡嗉子榕)榕属植物在人工气候箱内(昼/夜温度和时间:25/15℃~12/12小时;湿度:60%相对湿度;光照:PPFD 400μmol m-2 s-1)用琼脂培养基培养,通过对八种榕属植物的早期更新阶段施加一次从早上10点到下午6点共8小时的40℃的高温胁迫,探究高温胁迫对榕属植物早期更新响应和植物内源激素含量的影响:(1)使用总数约136,000颗的榕属植物种子探究8种榕属植物分别在种子吸胀期(IMB),萌发期(GER),幼苗出苗期(EMER)遭受高温胁迫时对种子萌发率,幼苗出苗率和存活率以及ABA,IAA和SA含量变化的影响(种子吸胀期为种子开始在培养基中培养的快速吸水阶段;种子萌发期为种子在培养基中生长出1mm长的胚根;幼苗出苗期为种子在培养基中生长出完全展开的子叶);(2)根据前人研究,所有高温胁迫试验中:榕属种子在吸胀期遭受高温胁迫为种子开始在培养基中培养24小时后;在萌发期遭受高温胁迫为种子在培养基中生长8天后;在出苗期遭受高温胁迫为种子在培养基中生长40天后。数据统计分析使用R语言(4.0.3版)中的glmm TMB和lme4软件包,使用ggplot 2软件包作图。结果表明:(1)相比其他早期生长发育阶段,两种生长型的榕属植物种子对HTS更敏感:种子在吸胀期遭受HTS显著影响其后期幼苗出苗和存活;种子在萌发期遭受HTS会显著影响其将来的幼苗出苗。(2)幼苗期遭受HTS对幼苗存活无显著相关;半附生榕属遭受HTS与否均保持较高的幼苗存活率。(3)不同生长型和更新阶段的榕属植物内源激素含量变化对HTS具有特定响应:非半附生型榕属植物分别在种子吸胀期和萌发期遭受HTS后SA和ABA含量均显著降低;当HTS发生在种子萌发期,IAA的含量在半附生型榕属植物中显著增加而在非半附生型榕属植物中减少;当HTS发生在幼苗出苗期,ABA和IAA的含量在半附生型榕属植物中显著增加,SA含量则在半附生和非半附生型榕属植物中显著减少。该研究表明,在早期更新阶段遭受HTS时,不同生长型的榕属植物采取不同的策略调整其生长发育。榕属植物对HTS的响应促使其适时适地调控种子萌发和幼苗生长,是一个重要的生态学功能性状,同时也为热带亚热带地区树木种子的早期更新和生长发育研究提供重要参考。在气候变化背景下,热带和亚热带地区的半附生榕属植物在应对HTS时的特异性响应将有助于提高榕属植物群落的抗逆性和稳定性。该研究首次阐述了HTS对榕属树种早期更新阶段和内源激素含量的影响。为了解这一重要植物类群的更新提供基础数据,并为其生物多样性保护提供科学参考。
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