New Phytologist

Đánh giá nhiễm khuẩn là một phần quan trọng trong nhiều nghiên cứu liên quan đến nấm mycorrhiza VA. Bài viết này tóm tắt những kỹ thuật đã được sử dụng. Chúng tôi đã tính toán sai số chuẩn của bốn phương pháp đánh giá dựa trên các quan sát mẫu rễ nhuộm màu được sắp xếp ngẫu nhiên trong đĩa petri hoặc được gắn trên kính hiển vi. Các phương pháp dựa trên sự hiện diện hoặc vắng mặt của nhiễm khuẩn tại các điểm giao cắt giữa rễ/lưới, dựa trên ước lượng trực quan về tỷ lệ vỏ bị chiếm bởi nấm, hoặc dựa trên việc ước lượng chiều dài, hoặc sự hiện diện hoặc vắng mặt của nhiễm khuẩn trong các mảnh rễ được gắn trên kính. Số lần quan sát lặp lại cần thiết để có sai số chuẩn % nhiễm khuẩn nhất định có thể được đọc từ các đường cong đã cung cấp. Những ưu điểm của các phương pháp đánh giá khác nhau được thảo luận và đưa ra lý do tại sao chúng có thể đều đánh giá cao hơn giá trị thực tế.

Các đợt hạn hán nghiêm trọng đã liên quan đến hiện tượng tử vong của rừng ở quy mô vùng trên toàn thế giới. Biến đổi khí hậu dự kiến sẽ làm trầm trọng thêm các sự kiện tử vong cấp vùng; tuy nhiên, việc dự đoán vẫn rất khó khăn vì các cơ chế sinh lý bình luận về khả năng sống sót và tử vong do hạn hán vẫn chưa được hiểu rõ. Chúng tôi đã phát triển một lý thuyết dựa trên áp suất thủy lực, xem xét cân bằng carbon và khả năng kháng côn trùng để phát triển và kiểm tra các giả thuyết liên quan đến sự sống sót và tử vong. Nhiều cơ chế có thể gây ra tử vong trong thời gian hạn hán. Một cơ chế chung cho các loài thực vật có quy định nước isohydric là tránh khỏi sự thất bại thủy lực do hạn hán thông qua việc đóng khí khổng, dẫn đến tình trạng đói carbon và chuỗi các tác động tiếp theo như khả năng kháng với các tác nhân sinh học giảm sút. Tử vong do thất bại thủy lực per se có thể xảy ra đối với cây giống hoặc cây isohydric gần chiều cao tối đa của chúng. Mặc dù thực vật anisohydric tương đối chịu hạn tốt hơn, nhưng chúng lại dễ bị thất bại thủy lực do hoạt động với các biên an toàn thủy lực hẹp hơn trong điều kiện hạn hán. Nhiệt độ tăng cao có thể làm trầm trọng thêm tình trạng đói carbon và thất bại thủy lực. Các tác nhân sinh học có thể làm tăng cường và bị tăng cường bởi áp lực thực vật do hạn hán. Các dao động khí hậu ẩm ướt trong nhiều thập kỷ có thể làm tăng sự dễ bị tổn thương của thực vật đối với tử vong do hạn hán bằng cách kích thích sự thay đổi trong kiến trúc thủy lực, khiến cho thực vật dễ mắc sự stress về nước. Sự ấm lên toàn cầu và tần suất ngày càng tăng của các sự kiện cực đoan có thể dẫn đến việc gia tăng các tập hợp tử vong cấp vùng. Quy định tiềm năng nước isohydric và anisohydric có thể phân chia các loài ở giữa sự sống sót và tử vong, và như vậy, việc kết hợp khung thủy lực này có thể hiệu quả trong việc mô hình hóa sự sống sót và tử vong của thực vật trong điều kiện khí hậu tương lai.

Các phương pháp đã được mô tả trước đây để định lượng tỷ lệ chiều dài rễ bị xâm chiếm bởi nấm mycorrhiza vesicular-arbuscular (VA) đã được xem xét. Có thể lập luận rằng những phương pháp này đưa ra các biện pháp xâm chiếm phụ thuộc vào người quan sát, điều này không thể được sử dụng để so sánh, một cách định lượng, các rễ được nghiên cứu bởi các nhà nghiên cứu khác nhau. Một phương pháp được điều chỉnh được mô tả ở đây để ước lượng sự xâm chiếm mycorrhiza VA trên một thang đo khách quan, liên quan đến việc kiểm tra các giao điểm giữa tâm kính hiển vi và các rễ ở độ phóng đại × 200; nó được gọi là phương pháp giao điểm phóng đại. Việc giao điểm của tâm kính hiển vi đứng có cắt một hoặc nhiều arbuscule được ghi lại tại mỗi điểm giao nhau. Ước lượng về sự xâm chiếm là tỷ lệ chiều dài rễ chứa arbuscules, được gọi là sự xâm chiếm arbuscular (AC). Phương pháp giao điểm phóng đại cũng xác định tỷ lệ chiều dài rễ chứa vesicle, sự xâm chiếm vesicle (VC), và tỷ lệ chiều dài rễ chứa hyphae, sự xâm chiếm hyphae (HC). Tuy nhiên, VC và HC cần được giải thích thận trọng vì vesicles và hyphae, không giống như arbuscules, có thể được sản xuất trong rễ bởi nấm không mycorrhizal.

Sự ngủ đông của hạt là một đặc tính bẩm sinh của hạt, định nghĩa các điều kiện môi trường trong đó hạt có khả năng nảy mầm. Nó được xác định bởi di truyền, với ảnh hưởng môi trường đáng kể, điều này phần nào được trung gian bởi các hormone thực vật như axit abscisic và gibberellin. Không chỉ tình trạng ngủ đông bị ảnh hưởng bởi môi trường trưởng thành của hạt, mà nó cũng liên tục thay đổi theo thời gian sau khi rụng hạt theo cách mà môi trường xung quanh quyết định. Vì sự ngủ đông tồn tại trong tất cả các cây bậc cao ở tất cả các vùng khí hậu chính, sự thích ứng đã dẫn đến các phản ứng khác nhau với môi trường. Thông qua sự thích ứng này, sự nảy mầm được định thời để tránh thời tiết không thuận lợi cho việc thiết lập cây trồng và sự phát triển sinh sản sau này. Trong bài viết này, chúng tôi trình bày một cái nhìn tích hợp về tiến hóa, di truyền phân tử, sinh lý, hóa sinh, sinh thái và mô hình hóa các cơ chế ngủ đông của hạt và sự kiểm soát của chúng đối với quá trình nảy mầm. Chúng tôi lập luận rằng sự thích ứng đã diễn ra chủ yếu theo một chủ đề chứ không phải thông qua các con đường hoàn toàn khác nhau và xác định những điểm tương đồng nền tảng cho sự đa dạng đáng kể về phản ứng ngủ đông với môi trường điều khiển sự nảy mầm.

Phốt pho (P) là yếu tố hạn chế cho sản lượng cây trồng trên hơn 30% đất canh tác trên thế giới và, theo một số ước tính, nguồn tài nguyên phốt pho giá rẻ trên toàn cầu có thể cạn kiệt vào năm 2050. Cải thiện khả năng tiếp nhận và sử dụng P của thực vật là rất quan trọng vì lý do kinh tế, nhân đạo và môi trường. Các loài thực vật đã phát triển một loạt các chiến lược khác nhau để có được lượng P đầy đủ trong điều kiện hạn chế, bao gồm sự thay đổi về cấu trúc rễ, chuyển hóa carbon và cấu trúc màng, sản xuất ra các axit hữu cơ trọng lượng phân tử thấp, proton và enzyme, cùng với việc gia tăng biểu hiện của nhiều gen liên quan đến thích nghi với P thấp. Những thích nghi này có thể ít rõ rệt hơn ở các loài thực vật có liên kết với nấm mycorrhiza. Sự hình thành rễ cụm dưới áp lực P của loài không có mycorrhiza, đậu lupin trắng (Lupinus albus), cùng với những thay đổi sinh hóa đi kèm minh họa nhiều thích nghi của thực vật giúp tăng cường việc tiếp nhận và sử dụng P. Các nghiên cứu sinh lý, sinh hóa và phân tử về phản ứng của đậu lupin trắng và các loài khác với sự thiếu hụt P đã xác định được những mục tiêu có thể hữu ích cho việc cải thiện thực vật. Các phương pháp gen học liên quan đến việc xác định các đoạn trình tự đã được biểu hiện (EST) dưới áp lực P thấp cũng có thể mang lại các điểm mục tiêu cho việc cải thiện cây trồng. Các nghiên cứu liên ngành kết hợp giữa chọn giống thực vật, sinh hóa, khoa học đất và di truyền học dưới sự bao quát lớn của gen học là điều kiện tiên quyết để tiến bộ nhanh chóng trong việc cải thiện khả năng tiếp nhận và sử dụng dinh dưỡng của thực vật.

Nội dung Tóm tắt 945 I. Giới thiệu 946 II. Tăng trưởng và điều chỉnh thẩm thấu 946 III. Khả năng hấp thụ và vận chuyển ion đơn giá 950 IV. Kết luận và triển vọng 956 Lời cảm ơn 957 Tài liệu tham khảo 959

Chúng tôi đã định lượng các mẫu phân bổ biomassa đến lá, thân và rễ trong các cây trưởng thành và cách mà điều này bị ảnh hưởng bởi môi trường tăng trưởng, kích thước cây, lịch sử tiến hóa và cạnh tranh. Các đường cong liều-phản ứng của phân bổ đã được xây dựng bằng cách phân tích meta từ nhiều dữ liệu thí nghiệm. Chúng cho thấy rằng phần khối lượng toàn cây đại diện cho lá (LMF) tăng mạnh nhất với chất dinh dưỡng và giảm mạnh nhất với ánh sáng. Việc điều chỉnh cho các mẫu phân bổ do kích thước gây ra giảm thiểu phản ứng LMF với ánh sáng nhưng làm cho tác động của nhiệt độ đến LMF rõ ràng hơn. Có một hiệu ứng phát sinh rõ ràng trên phân bổ, khi các loài hai lá đầu tư tương đối nhiều hơn so với các loài một lá, cũng như các loài hạt trần so với các loài hạt kín gỗ. Các cây được trồng ở mật độ cao cho thấy sự gia tăng rõ rệt trong phần thân. Tuy nhiên, trong hầu hết các so sánh giữa các nhóm loài hoặc các yếu tố môi trường, sự biến thiên trong LMF nhỏ hơn sự biến thiên trong một trong các thành phần khác của phương trình phân tích tăng trưởng: tỷ lệ diện tích lá : khối lượng lá (SLA). Trong các tình huống cạnh tranh, phần khối lượng thân tăng lên ít hơn so với chiều dài thân cụ thể (chiều dài thân : khối lượng thân). Do đó, chúng tôi kết luận rằng các cây thường ít khả năng điều chỉnh phân bổ hơn là thay đổi hình thái của cơ quan.

Nội dung Tóm tắt 30 I. Phân bổ trong bối cảnh 31 II. Các chủ đề của bài đánh giá này 32 III. Phương pháp tiếp cận 32 IV. Tác động môi trường 33 V. Duy trì sinh lý 36 VI. Sự khác biệt giữa các loài 40 VII. Sinh lý học và điều tiết phân tử 41 VIII. Các khía cạnh sinh thái 42 IX. Triển vọng 45 Lời cảm ơn 45 Tài liệu tham khảo 45 Phụ lục A1–A4 49

Sự sẵn có của nitơ (N) và phosphorus (P) hạn chế sự phát triển của thực vật trong hầu hết các hệ sinh thái trên cạn. Bài viết này xem xét cách mà sự biến đổi trong tỷ lệ sẵn có tương đối của N và P, được thể hiện qua tỷ lệ N : P của sinh khối thực vật, ảnh hưởng đến thành phần và chức năng của thảm thực vật. Những phản ứng của thực vật đối với nguồn cung N và P dẫn tới sự biến đổi sinh khối N : P tới 50 lần, liên quan đến sự phân bổ rễ, sự hấp thụ chất dinh dưỡng, chuyển hoá sinh khối và sản lượng sinh sản. Tỷ lệ N : P tối ưu – của những thực vật mà sự phát triển bị giới hạn bởi cả N và P – phụ thuộc vào loài, tốc độ tăng trưởng, tuổi của cây và các bộ phận của cây. Ở cấp độ thảm thực vật, tỷ lệ N : P <10 và >20 thường (không phải lúc nào cũng) tương ứng với sản xuất sinh khối bị giới hạn bởi N và P, như đã chỉ ra qua các thí nghiệm bón phân ngắn hạn; tuy nhiên, các hiệu ứng lâu dài của bón phân hoặc ảnh hưởng đến từng loài có thể khác nhau. Tỷ lệ N : P trung bình cao hơn ở các loài cỏ hơn so với các loài thảo mộc, và ở các loài chịu stress so với các loài hoang dại; chúng có mối tương quan âm với tỷ lệ tăng trưởng tương đối tối đa của các loài và giá trị chỉ số N của chúng. Ở cấp độ thảm thực vật, tỷ lệ N : P thường có mối tương quan âm với sản xuất sinh khối; tỷ lệ N : P cao thúc đẩy các loài cỏ và những loài chịu đựng tốt hơn so với các loài khác, trong khi các mối quan hệ với độ phong phú của loài không nhất quán. Các tỷ lệ N : P bị ảnh hưởng bởi biến đổi toàn cầu, sự gia tăng lắng đọng N trong khí quyển, và quản lý bảo tồn.

Đại đa dạng của thực vật và nấm tham gia vào các liên kết mycorrhiza. Trong môi trường sống tự nhiên và trong một khoảng thời gian sinh thái có ý nghĩa, những liên kết này đã tiến hóa để cải thiện sự sinh sản của cả thực vật và đối tác nấm. Trong các hệ thống do con người quản lý, liên kết mycorrhiza thường cải thiện năng suất của thực vật, nhưng điều này không phải lúc nào cũng xảy ra. Nấm mycorrhiza có thể được coi là ký sinh trên thực vật khi chi phí ròng của sự cộng sinh vượt quá lợi ích ròng. Sự ký sinh có thể được kích thích do phát triển, do môi trường, hoặc có thể do gen. Các đặc điểm hình thái, hiện tượng và sinh lý của các đối tác ảnh hưởng đến chức năng của mycorrhiza ở quy mô cá nhân. Các yếu tố sinh học và phi sinh học ở vùng rễ, cộng đồng, và quy mô hệ sinh thái tiếp tục điều chỉnh chức năng mycorrhiza. Mặc dù sự phức tạp của các liên kết mycorrhiza, có thể xây dựng các mô hình dự đoán về chức năng mycorrhiza. Những mô hình này sẽ cần kết hợp các biến và thông số phản ánh sự khác biệt trong phản ứng của thực vật đối với, và kiểm soát, nấm mycorrhiza, cũng như các tác động của nấm lên và phản ứng của nó đối với thực vật. Phát triển và thử nghiệm các mô hình định lượng về chức năng mycorrhiza trong thế giới thực đòi hỏi các thao tác và đo lường thí nghiệm sáng tạo. Công việc này sẽ được hỗ trợ bởi các tiến bộ gần đây trong các kỹ thuật phân tử và hóa sinh. Hiểu rõ hơn cách thức hoạt động của mycorrhiza trong các hệ thống tự nhiên phức tạp là điều kiện tiên quyết để quản lý chúng trong nông nghiệp, lâm nghiệp, và phục hồi.