Methane emission from the xerophytic plant Artemisia frigida

Abstract

本工作研究植物源CH4排放，即植物本身生成的CH4，不是厌氧微生物代谢产生的。目前对植物是否直接排放甲烷仍然存在很大争议：一方面实验中观测到的植物甲烷排放率差异较大；另一方面对植物甲烷排放内在机理仍不清楚。本文以旱生植物冷蒿(Artemisia frigida)为对象，测定冷蒿甲烷排放，分析冷蒿甲烷排放的可能存在的外界干扰因素。实验结果表明，冷蒿确实能够排放甲烷，冷蒿甲烷生成可能与活性氧代谢有关。 冷蒿是一种典型的旱生植物，其生长的典型草原中，土壤透气性好并表现为大气甲烷的汇。土壤孔隙间的甲烷浓度不高于大气甲烷浓度，能够通过植物根系进入植物体内的土壤甲烷量十分有限，植物组织又缺乏吸附甲烷的能力，很难在植物体内累积甲烷。因此，一些实验研究中所提出的植物蒸腾作用和细胞壁吸附作用对冷蒿的甲烷排放并没有显著影响。我们研究在实验室条件下冷蒿能否排放甲烷，无论是野外生长的冷蒿，还是室内无菌培养的冷蒿，都有明显的甲烷排放。通过研究植物呼吸作用与甲烷排放之间的相关性，我们发现两者有明显的线性关系。植物在应对环境胁迫时，呼吸电子传递链发生紊乱，导致活性氧的积累，这可能是植物所排放甲烷的主要来源。进而，我们通过活性氧添加实验证实包括超氧阴离子(•O2-)，羟基自由基(•OH)和过氧化氢(H2O2)在内的多种活性氧都能够促进冷蒿的甲烷排放，而抗氧化酶CAT则对冷蒿的甲烷排放具有抑制效果，我们认为这种抑制效果是通过对ROS的清除来实现的。冷蒿体内能够不断产生甲烷的途径可能需要活性氧的参与，植物体内自由基水平的高低，很可能决定了这种植物能否排放甲烷。因此，我们对比了四种植物体内的抗氧化酶活性。我们在抗氧化酶活性高的物种中没有测得甲烷的排放，而冷蒿和小叶锦鸡儿两种有明显甲烷排放的植物，其三种抗氧化酶活性均较低。由此我们认为，植物体内的活性氧与植物细胞内的某些成分发生反应并产生甲烷的过程很可能是植物体内清除活性氧，降低过氧化毒害的一种适应机制