JXB 揭示光照及源库关系对苹果树叶片碳氮相关性状变异的综合影响

来源：植物生物学

过去对植物光能适应性的大量研究表明，光照是影响植物碳同化以及能量平衡的最重要资源，因此植物已经进化出对光照不断变化的适应能力以维持最佳光合速率[1]。此外，也有研究表明，果树的“源-库”关系是决定叶片碳代谢特征的关键因子之一，并且这种“源-库”关系调节的果实碳需求变化会对叶片光合形状的适应能力产生影响[2]。但是目前尚不清楚光照及“源-库”关系变化对果树叶片光合作用的影响。

近日，法国UniversitéClermont Auvergne的Jérôme Ngao课题组在Journal of Experimental Botany 在线发表了一篇题为Spatial variability in carbon and nitrogen related traits in appletrees: the effects of the light environment and crop load的研究论文，在‘Golden Delicious’（金冠）苹果树中揭示了光照及“源-库”关系变化对碳氮相关性状变异的影响。

该研究主要评估了截获光和果树库强变化（结实和非结实的果树）对叶片光合、结构特征（单位面积叶片质量和叶重）、氮相关性状及结构性碳水化合物的影响。结果发现，与光照环境或果实库强相比，作物的生长状况对叶片光合相关性状的影响更大。该研究表明，叶片对光的适应强度在很大程度上取决于树木尺度上的碳需求。该研究在结实果树中发现最高的光合速率（光适应性），这主要通过提高高捕获效率实现的，并且与较高的叶片氮素含量有关。相比之下，低碳需求（非结实果实）中几乎没有发现光合作用的空间变异性，这可能是由于较高的非结构性碳水化合物含量破坏了资源的最佳分配。

A：Boxplot representation of net carbon assimilation (Anet)for the two crop statuses („ON‟ and „OFF‟) and the three light conditions (H:High, M: Medium, L: Low) considering together the four measurement dates. B.Boxplot representation of Anet in the fruiting and non-fruiting shoots in „ON‟trees considering together the four measurement dates.

该研究还表明淀粉在叶片光合作用调控中起到关键作用。在结实果树（高碳需求）中，淀粉是主要的储存性碳并且高的淀粉水平会促进光合作用和相关性状的优化，而在非结实果树（低碳需求）中，高淀粉水平则会下调光合作用。该研究还发现当果实碳需求较高时，山梨糖醇和蔗糖在碳水化合物的运输中起主要作用，而当碳需求低时则作为临时碳储备。

Boxplot representations of starch (A), sorbitol (B), sucrose(C) concentrations in leaves for the two crop statuses („ON‟ and „OFF‟) and the three light conditions (H: High, M:Medium, L: Low) considering together the four measurement dates.

总之，该研究表明果实低碳需求会对光合作用造成反馈抑制，导致低水平的变异/适应性。该研究提供了对严重依赖碳需求的树木中碳和氮分配的新见解。

参考文献

[1]ThornleyJHM. 2004. Acclimation of photosynthesis to light and canopy nitrogendistribution: an interpretation. Annals of Botany 93, 473-475.

[2]SaaS, Brown PH. 2014. Fruit presence negatively affects photosynthesis by reducingleaf nitrogen in almond. Functional Plant Biology 41, 884-891.