杉木细根养分捕获模式与可塑性机理

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41271319
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    75.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0710.土壤侵蚀与土壤肥力
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Fine root acclimation to different environmental conditions is crucial for growth and sustainability of forest trees. Relatively small changes in fine root functional traits, such as fine root standing biomass, morphology or mycorrhizal symbiosis, may result in a large change in forest carbon, nutrient and water cycles. Different fine root foraging strategies are adjusted in a fluctuating belowground environment. It is hypothesized that environment factors (latitude, mean annual precipitation, temperature), neighbor plants and microbial community are key roles in regulating fine root foraging strategies in Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) forests. In plots and yield control experiments and microcosm experiments, variations of fine root functional traits are investigated by root morphological traits, and the relationship between functional traits and microbial components are calculated by diversity and community structure in arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and rhizospheric microorganisms via fungal DNA barcoding and phospholipid fatty acids (PLFA). Fine root foraging strategies across a latitude gradient are evaluated by extensive foraging strategy and intensive foraging strategy based on fine root functional traits. .Fine root plasticity enables trees to forage for heterogeneous resource patches, which is elucidated by morphological plasticity, physiological plasticity and mycorrhizal plasticity. Under monoculture and mixed culture conditions, morphological plasticity is tested for trade-offs among root foraging scale (total root mass and length of structural roots), precision (ln-ratio of root lengths in resource-rich and resource-poor patches). And physiological plasticity is characterized by measuring nutrient uptake kenetics and metabolomic fingerprint under C input conditions. Mycorrhizal plasticity in responses to the resource patches of root exudates, organic matters and allelochemicals, is assessed by measuring AM morphological traits and mycorrhizal mycelia traits such as AM hyphae length, hyphae density and biomass. Also nutrient transfer between root and patches via mycorrhizal mycelia networks is calculated by 15N signature or elements stoichiometry amount fine root, mycorrhizal mycelia and rhizosperic soil. .The results from these innovative experiments will lead to significant advances in our understanding the mechanisms underlying the impact of fine root functional traits on fine root foraging strategies across the environment gradient. Conducting experiments with fine root plasticity will aid in identifying general patterns in Chinese fir that apply across regional scale. By generating empirical functions, the results also will be useful for understanding the importance of complex studies on respective regulatory mechanisms in changing climate and sustainable production in Chinese fir forests, thereby impacting other areas of science.
细根养分捕获模式与表型可塑性对树木生长和可持续性至关重要。细根功能性状(如生物量,形态特征和菌根共生)相对小的改变足以导致森林生态系统碳、养分和水分循环的巨大变化。为区分环境因子、邻居树种和微生物群落对杉木细根养分捕获的影响,本项目拟采用野外控制实验与模拟实验相结合的技术路线,借助AM真菌DNA条形码和磷脂脂肪酸指纹图谱方法,研究杉木AM真菌多样性和根际微生物群落特征,揭示细根功能性状的环境梯度变异特征及对养分捕获模式的影响机制;对比连栽代际和混交类型对细根养分捕获形态塑性(广布性和精确性)的影响,采用代谢指纹方法评价碳输入方式对细根养分捕获生理塑性的影响;利用15N同位素示踪和生态化学计量学方法解析细根对不同资源斑块的菌根塑性响应以及AM根外菌丝网络介导的养分迁移机制,从功能性状变异特征角度探明杉木细根养分捕获模式与表型可塑性响应机理,为杉木人工林可持续经营提供理论依据和技术支撑。

结项摘要

细根养分捕获模式与表型可塑性对树木生长和可持续性至关重要。细根属性(如形态、构型、化学成分、菌根侵染和寿命等)的微小变化就能显著影响森林生态系统碳、养分和水分循环。本项目聚焦细根属性为基础的养分捕获模式,旨在揭示细根属性特征沿环境梯度变异规律及其对细根养分捕获模式的影响,探明环境因子、邻居树种和微生物群落影响下的杉木细根养分捕获的模式与表型可塑性响应机理,检验根际互惠假设,为拓展植物-微生物间的互作机制研究以及实现杉木人工林可持续经营提供新的思路和理论依据。.为此,项目组系统研究了细根的根系属性与表型可塑性特征,发现杉木属粗细根型种(一级根直径约0.6mm),其主要形态属性指标沿纬度梯度无明显变异,而落叶松细根比根长随纬度升高显著变长具有规律性;发现杉木吸收根属性对管理措施的响应方式不同,而吸收根属性的表型可塑性能解释养分添加和冠层调控对根系养分吸收策略的影响;提出了两种新的细根养分捕获模式——光介导养分捕获策略和养分捕获策略;定量评价了杉木细根养分捕获能力与根系属性可塑性的关系,发现氮磷添加显著改变了杉木细根构型,同时添加氮磷比单独添加氮或磷降低养分捕获能力,杉木细根构型属性特征(二叉分支指数,DBI)与养分捕获能力敏感性具有明显线性负相关性;系统阐述了根际互惠假设,提出了混交促进杉木人工林地力提升的新机制,通过对根系养分捕获模式、微生物群落结构和化感自毒作用比较分析,基于混交促进细根属性改变,提高养分吸收能力,并改善微生物群落结构;促进环二肽等化感物质降解减弱自毒作用等系列结果,结合植物-土壤反馈假说,提出与杉木连栽导致土壤负反馈相反,与阔叶树种混交则产生正反馈效应,即混交有助于形成精度养分捕获模式下的细根功能属性特征,既能促进菌根真菌孢子萌发提高根外菌丝产量和菌丝网络养分捕获能力,又能从混交树种迁移更多养分以促进杉木生长。培养博士生1名和硕士生2名,共同发表10篇研究论文。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Tree Species and Environmental Factors Determine Fatty Acids Composition of Ectomycorrhizal Mycelia
树种和环境因素决定外生菌根菌丝体的脂肪酸组成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    JOURNAL OF PURE AND APPLIED MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Peng Wang;Fengwei Diao;Wei Ni
  • 通讯作者:
    Wei Ni
Absorptive roots trait plasticity explains the variation of root foraging strategies in Cunninghamia lanceolata
吸收性根性状可塑性解释了杉木根部觅食策略的变化
  • DOI:
    10.1016/j.envexpbot.2016.01.001
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    Environmental and Experimental Botany
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Wang, Peng;Diao, Fengwei;Yin, Liming;Huo, Changfu
  • 通讯作者:
    Huo, Changfu
Biochemicalcomposition, antifungal and antioxidant activities of vegetative mycelia ofectomycorrhizal fungi in larch
落叶松外生菌根真菌营养菌丝体的生化组成、抗真菌和抗氧化活性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Pure & Applied Microbiology
  • 影响因子:
    0.8
  • 作者:
    Peng Wang;Qiufeng Xu;Fengwei Diao
  • 通讯作者:
    Fengwei Diao

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其他文献

自噬在帕金森症中的研究进展
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  • 通讯作者:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王广伟

其他文献

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免耕土壤有机质稳定组分对植物输入的差异响应
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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