Seasonal soil moisture variability, not drought, drives differences in photosynthetic physiology of two C4 grass species
Seasonal soil moisture variability, not drought, drives differences in photosynthetic physiology of two C4 grass species
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季节性土壤湿度变化（而非干旱）导致两种 C4 草种的光合生理学差异
DOI：
10.1007/s11258-022-01236-7
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
1.7
通讯作者：
Budny, Michelle L.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Lemoine, Nathan P.;Budny, Michelle L.
土壤水分的季节性变化驱动了草地植物生长期的物候，但我们还不了解草地光合作用季节性变化背后的生化过程。这种缺乏了解，至少部分源于缺乏信息描述的代谢和气孔的主要C4草物种干旱的反应。在这里，我们的特点是植物生理学的季节性模式，包括气孔和非气孔限制光合作用，两个占主导地位的C4草物种，Bouteloua curtivaluaandSchizachyrium scoparium。我们还测试了降雨减少如何改变这两个物种光合作用的季节模式。具体而言，我们预测干旱会降低羧化（Vcmax）和电子传递（Jmax），从而限制净CO2同化（A）和抑制生物量为Bouteloua curtivalaandSchizachyrium scoparium。我们测试了这些预测使用第一个原位干旱实验来衡量干旱对C4生理的影响。我们的研究结果表明，光合作用的共同发生，占主导地位的C4草主要是有限的RuBP再生。有趣的是，Jmax没有减少干旱为eitherB。curtipendulaorS. scoparium，使这两个物种，以维持constantAunder干旱。土壤水分的季节变化确实降低了Jmax，这反过来又降低了A，为S。scoparium。光合作用另一方面，curtipendula在整个生长季节保持稳定。这两种常见的C4植物对土壤水分具有不同的生化和光合反应，突出了植物功能群内在的生理变异性，并强调了需要更多的实地研究C4生物化学。
Seasonal changes in soil moisture drive the phenology of grassland plants during the growth period, yet we do not understand the biochemical processes underlying seasonal changes in grass photosynthesis. This lack of understanding at least partially stems from the paucity of information describing the metabolic and stomatal responses of dominant C4grass species to drought. Here, we characterized seasonal patterns in plant physiology, including stomatal and non-stomatal limitations of photosynthesis, for two dominant C4grass species,Bouteloua curtipendulaandSchizachyrium scoparium. We also tested how rainfall reduction might modify seasonal patterns in photosynthesis for both species. Specifically, we predicted that drought would reduce carboxylation (Vcmax) and electron transport (Jmax), thereby limiting net CO2assimilation (A) and suppressing biomass forBouteloua curtipendulaandSchizachyrium scoparium. We tested these predictions using the first in situ drought experiment to measure the impact of drought on C4physiology. Our results demonstrate that photosynthesis of co-occurring, dominant C4grasses is primarily limited by RuBP regeneration. Interestingly,Jmaxwas not reduced by drought for eitherB. curtipendulaorS. scoparium, enabling both species to maintain constantAunder drought. Seasonal changes in soil moisture did decreaseJmax, which in turn reducedA, forS. scoparium. Photosynthesis ofB. curtipendula, on the other hand, remained stable throughout the growing season. That two common C4species possess such different biochemical and photosynthetic responses to soil moisture highlights the physiological variability inherent within plant functional groups, and underscores the need for more field studies of C4biochemistry.
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