华南植物园小良站在热带森林植物叶片非结构性碳水化合物对氮磷添加的响应研究中取得进展

       非结构性碳水化合物(NSC)主要包含可溶性总糖和淀粉等组分,是植物生长、发育和繁殖的重要能量物质。而氮和磷是植物代谢的基本元素,同时也被认为是陆地生态系统初级生产力的限制因子。发育于高度风化土壤的热带森林更容易受到土壤磷有效性的限制,因此土壤磷有效性可能调控着热带森林植物体内NSC含量的水平。因此,解析热带森林植物叶片NSC含量对土壤不同氮磷有效性的响应可以帮助我们理解全球变化背景下热带森林植物体内碳动态的过程。

       我园小良站原博士生莫其锋(现就职华农)在李志安站长和王法明博士的指导下,利用在次生阔叶混交林建立的长期(11年)养分添加控制实验平台,通过测定不同植物叶片非结构性碳水化合物含量的变化,试图阐明土壤氮磷有效性对热带森林植物叶片NSC含量的调控机制。

研究发现,热带森林植物叶片NSC含量存在显著的种间差异,磷添加显著降低了叶片可溶性总糖和淀粉含量,但氮添加对两者没有显著影响。这些研究结果表明,生长在磷限制的热带森林的植物,其叶片NSC含量更容易受到土壤磷有效性的调控。而且,在磷添加下,叶片NSC含量与比叶面积(LMA)的负相关关系表明NSC能为植物叶片的扩展提供额外的碳源。

       该研究表明土壤磷有效性极大调控着热带森林植物叶片可溶性糖和淀粉的含量,同时反应出土壤养分有效性与植物体内碳动态的关系。热带森林植物叶片维持相对较高的非结构性碳水化合物可能是其适应土壤低磷条件的潜在机制。

       该研究成果目前以“Leaf nonstructural carbohydrate concentrations of understory woody species regulated by soil phosphorus availability in a tropical forest”为题在《Ecology and Evolution》在线发表。详见https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ece3.6549

图1. 不同养分处理模式下植物叶片可溶性糖类、淀粉和总非结构碳的相对变化。

 

Fig. 1 Relative effects (RE) of leaf soluble sugar (a, b, c), starch (d, e, f) and NSC (g, h, i) concentrations under +N, +P, and +NP treatments of four woody tree species in a tropical forest of southern China. Error bars were standard deviations. RE was quantified by the ratio of the variable in the experimental group (+N, +P, +NP) to the control group (CK) minus one.