通过叶片生理与代谢的空间梯度解析植物与环境的相互作用

内容形式：摘要译文

肉质叶片兼具光合作用、碳储存和水分缓冲功能，这一点已广为人知。然而，沿同一叶轴的不同部位，其对高温和干旱的代谢响应可能存在差异。我们以景天酸代谢（CAM）植物圆柱虎尾兰（Sansevieria cylindrica）为研究对象，在三个实验阶段中考察了叶片组织含水量、光合性能和中心碳代谢的时空变化：（i）高温；（ii）高温与干旱复合胁迫；（iii）持续高温条件下复水。于正午采集叶片顶端、中部和基部区段的样品，并在靠近叶尖处监测叶绿素荧光。干旱条件下，基部组织的鲜重与干重比显著下降，而顶端组织仅在复水阶段才出现显著下降，表明沿叶轴的组织水分供给存在明显滞后。在高温与干旱复合胁迫期间，顶端光系统II量子产额下降；高温暴露期间，蔗糖出现短暂积累，尤以中部和基部区段最为明显。葡萄糖和果糖含量在干旱条件下达到峰值，并在复水后下降。柠檬酸含量在实验过程中下降，而顶端苹果酸含量在复水阶段显著增加。叶绿素含量的变化主要与叶片位置有关，而淀粉和延胡索酸均未表现出显著效应。神经网络分类分析表明，柠檬酸和蔗糖是区分处理阶段的主要贡献变量，而叶绿素对区分叶片位置最具信息价值。总体而言，这些结果表明，叶片内部的生理和代谢梯度揭示了植物与环境相互作用的互补维度，能够将具有空间结构的叶片特征与动态胁迫响应区分开来。

因此，整合具有空间分辨率的代谢与生理特征，为识别景天酸代谢（CAM）植物在环境胁迫及恢复过程中的生化特征提供了一种有前景的方法。

关键词：景天酸代谢 · 高温干旱复合胁迫 · 叶片空间梯度 · 中心碳代谢 · 光合生理 · 水分调节

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.14.759099v1?rss=1