气候变化对地球的植物群落构成了持续且日益严重的威胁。植物不习惯的环境变化影响它们的生长,并可能危及它们的生存。因此,植物科学家们正在努力理解这些环境变化如何影响植物生命,以及植物是否能适应这些新条件。
气候变化对地球的植物群落构成了持续且日益严重的威胁。植物不习惯的环境变化影响它们的生长,并可能危及它们的生存。因此,植物科学家们正在努力理解这些环境变化如何影响植物生命,以及植物是否能适应这些新条件。
来自密歇根州立大学和美国能源部植物研究实验室(PRL)的沃克实验室的研究人员正在研究纸桦树如何通过一种被称为光呼吸的重要植物功能来调整应对变化的环境。
“如果我们把植物的新陈代谢看作是一个高速公路系统,那么光呼吸就像是第二繁忙的道路,”PRL植物生物学系的副教授伯克利·沃克解释道。“我们想要了解这个基本途径是否有足够的能力来处理在现有和预期气候条件下的交通。”
人类在适应新环境时会发生适应,比如适应寒冷的冬季气温或在新工作中学习。
植物也需要适应新的情况。气候变化带来的大气二氧化碳(CO2)水平上升和全球变暖对光合作用和光呼吸的双重影响使这个过程变得更加复杂。随着温度的上升,光呼吸也会增加;相反,二氧化碳浓度的增加可能会减少光呼吸。这种平衡行为可能影响光呼吸的效率。
在《科学报告》上发表的一项研究中,研究人员调查纸桦树是否根据不同环境情况调整光呼吸酶的活性。选择纸桦树是因为它在北方森林生物群落中存在,这些生物群落位于地球一些最寒冷的地区,可能会受到气候变化的严重影响。
研究人员设置了特定的生长条件,以反映气候变化预测的当前、中等和极端气候条件,如政府间气候变化专门委员会所述。研究人员调整了不同组合的二氧化碳水平和空气温度,以探索这些情景。
“这项研究探讨了植物是否根据需求调整其酶能力,或保持一个缓冲区以确保他们有额外的容量应对意外变化,”研究的首席作者、沃克实验室的前研究生卢克·格雷戈里表示。
进入生物气候控制室
这些树木是由来自西安大略大学丹妮尔·韦教授实验室的研究人员用种子培养的。他们在大学的生物气候控制室下用六种不同的环境条件生长纸桦树,生物气候控制室可以复制地球上几乎任何气候。
经过四个月的生长,韦教授的实验室对树木进行了测量,并将叶子样本送往密歇根州立大学。格雷戈里和他的同事们研究了与光呼吸过程相关的九种酶,并分析了它们的活性。
研究结果显示,这些树木并没有根据它们接触的气候条件改变其酶的能力;相反,它们在所有六种未来气候情景中维持了一致的酶水平。然而,研究显示酶的能力大于光呼吸过程所需的量,这意味着这些树木能够在环境因素变化时继续生长。
“发现这些植物在不同环境中拥有安全余地令人感兴趣,”格雷戈里说。“起初,我们期待它们的酶水平会特别根据需求而变化,但我们发现它们始终保持这种缓冲。这使得它们能够适应变化,无论是在当前,中等或极端条件下。”
这一积极的发展表明,这些树木在面对气候变化时,至少在光呼吸方面具有内在的适应能力。
然而,这只是了解光呼吸受到人类活动驱动的气候变化影响的更广泛理解中的一个方面。
“理解植物如何对当前和未来条件做出反应至关重要,因为它们对我们的生活至关重要,”格雷戈里指出。“了解植物是否可以在几代人中适应或 acclimate 特定环境条件是至关重要的,因为它们提供燃料、食物和纤维等重要资源。”