植物源挥发性有机化合物应对环境复合胁迫方面取得重要进展
2016/9/18 


中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室冯兆忠研究组在环境复合胁迫(臭氧与干旱)对植物源挥发性有机化合物(BVOCs)影响方面取得重要进展,该项成果近期发表于国际植物生态领域的重要刊物Plant, Cell and Environment (2016, 39: 2276-2287)。

  BVOCs是植物体内通过次生代谢途径合成的低沸点、易挥发的碳氢化合物,主要包括异戊二烯(Isoprene),单萜类(Monoterpenes)及其他活性和非活性VOCs。从全球尺度看,BVOCs约占VOCs排放总量的 90%,远高于人为源VOCs排放。由于较强的化学活性和较高的排放总量,BVOCs在大气化学过程中扮演重要角色,不仅是空气中多种污染物的载体,也是大气化学与光化学过程中重要的前体物。近年来,随着城市光化学污染事件的增加,探究全球环境变化对植物BVOCs释放的影响备受关注。

  冯兆忠研究组利用开顶气室(OTCs)模拟未来地表臭氧浓度升高和干旱胁迫的情景,采用“固相吸附-热脱附-气相色谱/质谱”测定方法,探究环境复合胁迫对BVOCs释放的影响,取得以下重要进展:(1)在单叶尺度,杨树异戊二烯的释放速率显著依赖于臭氧浓度、干旱胁迫程度、叶位及采样时间。从整个生长季来看,臭氧熏蒸均显著降低了两种土壤水分下杨树异戊二烯释放速率,但适度干旱胁迫却刺激了异戊二烯释放速率。臭氧和干旱胁迫对中部叶片异戊二烯释放速率的影响显著大于上部叶位叶片。(2)在整株尺度,充分灌溉下臭氧显著抑制了杨树异戊二烯的释放速率,但干旱胁迫下臭氧的抑制作用不显著。与单叶不同,整株杨树异戊二烯的释放速率显著受到干旱胁迫的抑制。(3)建立了叶片异戊二烯释放速率与饱和光合速率及叶绿素含量的线性响应关系,为量化单株植物异戊二烯释放速率奠定了基础。

  在全球环境变化的大背景下,如何准确预测区域及全球尺度植物释放VOCs总量及其对大气污染的贡献已成为学者亟待解决的重要问题。本研究揭示了植物VOCs释放需要考虑多重因素的复合影响,并提出评价BVOC释放需要考虑研究尺度。此结果为进一步评估全球环境变化对植物VOCs释放量的影响及优化全球尺度BVOCs释放量模型提供了科学依据。

  文章第一作者为博士研究生袁相洋,通讯作者为冯兆忠研究员。 

  该研究得到了中科院“百人计划”项目及中国科学院 “国际人才计划”(国际访问学者)项目资助。 

  论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pce.12798/full