028-8525-3068
新闻动态 News
News 行业新闻

非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

日期: 2021-09-03
标签:

论文id:https://doi.org/10.1038/s41467-021-22378-8

原名:Non-structural carbohydrates mediate seasonal water stress across Amazon forests

译名:非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

期刊:Nature Communications

IF:12.121

发表时间:2021.04.19

第一作者:Caroline Signori-Müller

通讯作者:Caroline Signori-Müller

合作作者:Rafael S. Oliveira, Fernanda de Vasconcellos Barros, Julia Valentim Tavares, Martin Gilpin, Francisco Carvalho Diniz, Manuel J. Marca Zevallos, Carlos A. Salas Yupayccana, Martin Acosta, Jean Bacca, Rudi S. Cruz Chino, Gina M. Aramayo Cuellar, Edwin R. M. Cumapa, Franklin Martinez, Flor M. Pérez Mullisaca, Alex Nina, Jesus M. Bañon Sanchez, Leticia Fernandes da Silva, Ligia Tello, José Sanchez Tintaya, Maira T. Martinez Ugarteche, Timothy R. Baker, Paulo R. L. Bittencourt, Laura S. Borma, Mauro Brum, Wendeson Castro, Eurídice N. Honorio Coronado, Eric G. Cosio, Ted R. Feldpausch, Letícia d’Agosto Miguel Fonseca, Emanuel Gloor, Gerardo Flores Llampazo, Yadvinder Malhi, Abel Monteagudo Mendoza, Victor Chama Moscoso, Alejandro Araujo-Murakami, Oliver L. Phillips, Norma Salinas, Marcos Silveira, Joey Talbot, Rodolfo Vasquez, Maurizio Mencuccini & David Galbraith

主要单位:

Department of Plant Biology, Institute of Biology, Programa de Pós Graduação em Biologia Vegetal, University of Campinas, Campinas, Brazi

School of Geography, University of Leeds, Leeds, UK

Department of Plant Biology, Institute of Biology, University of Campinas, Campinas, Brazi, etc.



摘要:非结构性碳水化合物(NSC)是植物代谢的主要底物,被认为与干旱引起的树木死亡有关。尽管其在植物生理中具有重要作用,目前有关热带森林NSC动态的研究仍十分欠缺。我们分析了横跨多个降水梯度的6个站点的82种亚马逊森林冠层树种的枝叶NSC。在雨季,不同群落枝叶的总NSC(NSCT)浓度极其相似;而在旱季,NSCT及其主要成分可溶性糖(SS)和淀粉在不同站点间差异显著。值得注意的是,分布于较为干旱地区的树种,其叶片可溶性糖在总NSC中所占的比例(SS:NSCT)几乎均在旱季显著增加,这表明可溶性糖在调节干旱地区树木的水分胁迫方面起着重要作用。然而在不太适应缺水环境的树种中,即使在极其干旱的条件下,也没有观察到叶片NSC平衡的调节。因此,叶片碳代谢可能有助于解释亚马逊地区不同水分梯度下的植物区系,并能更好地预测森林对未来气候变化的响应。




研究背景:

植物体内存储的非结构性碳水化合物(NSC)反映了光合作用碳供应与碳代谢利用间的平衡,是植物应对环境压力的重要缓冲物质。因此, NSC对树木耐旱性和存活的潜在调控作用受到学界普遍关注。已有研究表明,具有较高NSC含量的温带和热带树种幼苗在干旱下的存活率较高,NSC在干旱引起的树木死亡机制中发挥重要作用。然而,目前尚不清楚在较大地理范围内NSC代谢对缓解树木水分胁迫的作用。


亚马逊热带雨林是陆地主要的碳汇,吸收了全球5-10%的人为CO2排放。近些年来,亚马逊区域极端干旱事件频发,而据预测未来该区域干旱发生的风险将会加剧。在此背景下,理解NSC存储对树木响应干旱的作用具有重要意义。模型模拟结果表明,树木NSC存储对干旱条件下生长的维持作用显著影响亚马逊森林的碳通量。然而,目前有关热带森林NSC动态的实证研究仍比较匮乏,仅限于少数地点和物种。鉴于亚马逊地区森林在气候、土壤和植物生活史策略上较大的异质性,该地区经验数据的缺乏妨碍了有关NSC对森林响应干旱的调控作用的理解,从而限制了目前对热带森林植被动态模拟的准确性。



研究内容:

本研究分析了横跨多个降水梯度的亚马逊区域6个站点(图1)共82个冠层树种的雨季和旱季枝叶中的NSC浓度。同时,利用每个站点的叶片中午水势(ΨMD)表征植物的水分状况。为了深入理解整个亚马逊森林的NSC存储和树木响应干旱之间的关系,本研究利用所获取的多站点数据评估了树木枝叶NSC在空间和季节上随水分可利用性的变化规律,以及植物分类学和环境对NSC浓度的相对作用。 


非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

图1 样点分布和各站点的月降雨量。



研究结果:

01

 雨季(基准)NSC:环境与植物分类学的作用

雨季枝叶总NSC及可溶性糖浓度在6个站点间无显著差异(图2a,e),只有叶片淀粉在不同站点中表现出显著差异。相比于较为湿润和较为干旱的站点,干旱程度中等的两个站点(Man和Tam)的树木叶片淀粉明显较低。这些结果说明总NSC浓度在不同群落间差异较小,从而有可能用以简化对亚马逊地区NSC动态的模拟,湿润和干旱站点中较高的雨季叶片淀粉浓度可能是植物在较长缺水期和光限制条件下重要的适应策略。


雨季枝叶NSC和可溶性糖浓度的变异的主要来源为植物分类学差异,而非样点(图2b,f)。在单个站点内,不同物种间的NSC和可溶性糖浓度差异显著,而分布于不同站点的同一物种具有相似的雨季NSC水平。


非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

图2 雨季和旱季各站点树木枝叶的平均NSC浓度(左侧箱线图)和NSC及其组分的方程分解结果(右侧柱状图)。


02

NSC的季节性变化                                             

相较于雨季,旱季NSC浓度在不同站点间表现出更大的差异性(图2c,g),叶片总NSC、可溶性糖和淀粉以及枝条可溶性糖在站点间差异显著。方差分解也表明旱季站点对NSC及其组分的变异的解释度要高于雨季(图2d,h)。


NSC的季节格局在站点间差异显著(图3)。其中,在较干旱的两个站点Ken和Fec,叶片淀粉在旱季分别下降了81%和72%,可溶性糖保持不变(Ken站点)或显著增加(Fec站点),表明淀粉存储向可溶性糖存储的转变。同时,干旱最为严重的Ken站点的总NSC呈现显著降低,其含量相比雨季减少了43%,可能是由于该地较强的水分限制。然而,在较湿润的Man和Tam站点,NSC及其组分的季节动态主要由树木生长驱动。其中,站点Man在旱季枝条淀粉减少而可溶性糖浓度增加,可能与旱季增强的枝条生长有关。而站点Tam雨季较高的叶片NSC和可溶性糖存储可能归功于该站点在雨季较高的植被生产力。


非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

图3亚马逊森林不同站点总NSC(NSCT)、淀粉和可溶性糖(SS)的季节性变化。蓝色和红色箱线图分别代表雨季和旱季。


03

叶片NSC与水势的关系                                     

旱季树木群落尺度叶片中午水势(ΨMD)与可溶性糖在总NSC中所占比例(SS:NSCT)呈显著负相关关系(图4a),而与淀粉浓度显著正相关(图4c),表明随水分胁迫程度的增加,叶片倾向于消耗淀粉而增加可溶性糖,这可能与可溶性糖的渗透调节功能有关。这一结果与在较为干旱的站点(Ken和Fec)观察到的叶片SS:NSCT季节变化相一致,几乎所有物种在旱季都增加了叶片中的SS:NSCT,而在较为湿润的站点(Man和Tam)缺乏类似的NSC季节性调控的证据。这些结果表明,在水分亏缺条件下将淀粉储备快速转化为可溶性糖可能是干旱地区生长的树木提高耐旱性的重要机制,而湿润地区生长的树木可能缺乏类似的能力来应对季节性干旱。在持续的气候变化下,树木干旱应对能力的差异可能显著影响未来亚马逊森林的结构和功能。


非结构性碳水化合物调节亚马逊森林的季节性水分胁迫

图4 叶片NSC与树木水分状况之间的关系(a, c),以及叶片NSC季节性分配变化(b, d)。



  • 最新资讯 MORE+
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 14
    栢晖,第三方专业科研检测机构2025年3月8日下午13点,栢晖生物举行了一年一度的“安全日”活动。本次活动分为“安全知识培训”和“消防实操演练”两个环节,旨在进一步提升全员安全意识和应急处置能力。活动伊始,总经理杨锦兀发表讲话,介绍了举办“安全日”活动的初心与意义,并强调实验室安全对企业和员工的重要性。他指出,只有将安全理念内化于心、外化于行,才能保障科研工作的有序开展。在随后的安全知识培训中,实验室张副经理围绕灭火器使用、试剂管理、气瓶安全和现场应急处理等内容进行了系统讲解。张副经理结合真实案例,深入浅出地讲解了灭火器的正确操作步骤、火灾应对要点,以及实验室试剂的分类、存储和废弃处理规范等。通过图示和现场互动,全体员工对安全操作有了更清晰、更全面的认识。消防演练环节中,张副经理现场示范灭火器的正确使用方法,并组织员工逐一进行实操训练。通过动手演练,大家切实掌握了应急灭火技能,提升了面对突发状况的应对能力。安全,是科研顺利推进的前提,也是企业可持续发展的保障。栢晖生物始终坚持“安全第一、预防为主”的原则,持续夯实安全管理基础,营造更加安全、高效的实验环境。
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 05
    文献解读原名:Multitrophic interactions support belowground carbon sequestrationthrough microbial necromass accumulation in dryland biocrusts译名:多营养级相互作用通过微生物残体积累以支持干旱生物结皮中土壤碳封存期刊:Soil Biology and BiochemistryIF:9.8发表日期:2025年1月第一作者:石佳 中国农业大学 博士研究生通讯作者:王祥 中国农业大学 教授1背景土壤有机碳(SOC)是全球最大的陆地有机碳库,估计有1500-2400 Pg。SOC在调节全球碳储量和通量方面发挥着重要作用。土壤微生物被视为土壤碳动态的主要调节因子。一般来说,微生物通过分解减少SOC库存,同时通过形成微生物生物量和稳定坏死残留物来促进稳定的碳库。最近对土壤生物标志物的全球评估表明,微生物尸体占SOC库的50%,而活微生物生物量不到5%。因此,需要深入了解控制微生物生命和死亡过程的机制,以揭示全球碳循环的复杂性,并制定有效的土壤管理策略。如生物物理特征、细胞化学组成和生活史等,影响土壤有机物循环与微生物残体碳(MNC)积累。碳利用效率(CUE)衡量转化为微生物生物量的有机碳占比,反映土壤有机碳(SOC)平衡,与 MNC、SOC 的关系存争议。竞争、互利共生和捕食等生物相互作用,影响微生物残体形成与性质。土壤微生物是食物网基础,种间竞争和高营养级捕食影响其存亡与生物量向残体的转化。营养级内和级间的相互作用,会影响 MNC 积累与 SOC 。2提出假设(1)多个营养级类群会介导土壤微生物残体碳的积累。(2)营养级内的资源竞争和跨营养级的掠食性捕食,都可能导致土壤碳更高效地分解,以及微生物残体积累减少。3材料与方法(1)研究区域位于中国西北部陕西省神木市...
  • 点击次数: 0
    2025 - 03 - 01
    栢晖生物成立于2014年,致力于为生态、农业、林业等科学研究领域提供专业的检验检测服务。公司总部位于成都市成华区四川检验检测创新科技园,实验室规模近3000平,拥有成熟、完善的实验室管理体系。01招聘岗位概览01技术支撑(3人,6-15k)岗位要求:1.生态学、农学、土壤学、林学、草学、环境工程专业硕士,接受应届生;2.有相关实验经验(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,有机酸检测,磷组分,PLFA,微生物碳氮磷,有机氮组分等),对于常规实验方法熟悉;3.熟悉相关实验室仪器设备(如:TOC仪,元素分析仪,液相等),了解并掌握相关实验数据的分析能力;4.性格外向,沟通能力强,能适应偶尔出差;岗位职责:1.项目前期对接(回复技术咨询,实验方案确认等);2.监督项目进度(与实验室对接检测要求,监督实验进度、确认实验数据);3.项目后期处理(追踪数据发放,协助处理项目结算等相关问题)。工作地点:成都02品牌经理(9人,6-15k)岗位要求:1、生态学、农学、土壤学、林学、草学、环境工程专业本科及以上学历,23及24届研究生优先,优秀25届亦可;2、有相关实验经验(氨基糖,木质素酚,土壤酶活,有机酸检测,磷组分,PLFA,微生物碳氮磷,有机氮组分等),对于常规实验方法熟悉;3、性格外向,沟通能力强,能适应出差;4、工作踏实,自律性和执行能力强,具有积极进取的精神和不断学习的态度;5、有第三方检测机构相关经验者优先考虑。岗位职责:1、负责所在区域高校和企业市场的开拓推广工作,进入高校开展线下讲座、企业宣讲等活动;2、定期拜访高校和企业相关重点客,通过邮件、直播讲座、电话及微信等与需求客户维持良好的检测合作关系;3、主动学习各种专业知识,关注行业动态及政策;4、负责完成上级领导布置的业绩目标和工作目标;工作地点(驻点城市):北京 广州 南京 杭州 昆明 西安 长沙 沈阳 福州03项目管理(3人,...
  • 点击次数: 0
    2025 - 02 - 13
    木质素酚的来源木质素是土壤有机碳的重要组成部分,具有芳香单元的三维立体结构, 化学稳定性高,未经分离或化学转化,现有的分析技术很难对其进行直接定量分析。分子标志物的方法是目前用于测定土壤木质素含量和组成较为普遍的方法,即用木质素酚类化合物的含量,对木质素的含量及有机质来源进行指示。目前常用的处理方法是碱性氧化铜裂解出小分子单体,通过LC-DAD、LC-MS、GC-FID和GCMS测定。目标物质分类及应用意义香草基酚系列(V):香草酸、香草醛、香草乙酮丁香基酚系列(S):丁香酸、丁香醛、乙酰丁香酮肉桂基酚系列(C):对-香豆酸、阿魏酸对羟基酚系列(P):对羟基苯甲酸、对羟基苯甲醛、对羟基苯乙酮样品处理方法方法原理:土壤样品中木质素通过碱性氧化铜在高温下水解成单环酚盐类,调节pH=1,用液液萃取提取出酚类单体,经双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(BSTFA)衍生,用GCMS分离检测,以保留时间和质谱特征离子定性,内标法定量。操作步骤:称0.5-1.0g(精确至0.0001g)样品于反应釜,加1.0g氧化铜和0.1g硫酸亚铁铵,混匀。加10mL氢氧化钠(2mol/L),氮气置换釜内空气15min,170 ℃ 水解3h,加40ug内标,转移,离心,固液分离,10mL超纯水分两次清洗沉淀,合并上清液。1+1盐酸调pH=1,暗处放置1h,离心,固液分离,0.1molL盐酸清洗沉淀两次,合并上清液。提取液加2g氯化钠,混匀,用30mL乙酸乙酯分3次萃取,收集合并有机相,过无水硫酸钠除水。40 ℃氮吹至干燥,加100uL吡啶和400uLBSTFA,70℃下反应3h,上机测定。校正曲线:取适量木质素酚标准使用液,加入到预先装有1mL乙酸乙酯的衍生瓶中,加40ug内标,配制成系列标准溶液,40 ℃下氮气吹干,衍生。数据计算及分析定性方法:通过样品中目标物与标准系列中目标物的保留时间、质谱图,碎片离...
文体活动 MORE+
案例名称: 孵化中心
说明: 栢晖生物科技有限公司项目孵化中心成立于2015.06.01日,研发领域涉及生物试剂耗材、仪器、新产品开发及各生物科技服务类项目等。自成立以来,陆续吸引了大批专家教授加盟合作,并与全国数十家高校及知名企业建立了良好的合作关系。中心共有博士及以上学位骨干人员10人,专门负责公司新产品研发等工作,已成功研发出无线温度监控器及NO检测试剂盒等产品(详情见成功案例),另有细胞分选仪等三个项目正在积极孵化当中。
2017 - 05 - 31
案例名称: 孵化中心流程
说明:
2017 - 07 - 17
微信公众号
检测咨询热线
 
地址:四川省成都市成华区成宏路72号-四川检验检测创新科技园2号楼4层
          湖南省长沙市芙蓉区雄天路98号广发隆平创业园2栋6002
官方热线:028 8525 3068
投诉电话:18181920125
传真:+86 0755-2788 8009
Copyright ©2005 - 2013 成都栢晖生物科技有限公司
犀牛云提供企业云服务